无刷直流电机（Brushless Direct Current Motor, 简称BLDC）采用电子开关电路代替直流电机的机械换向器或刷子，提高了控制系统的可靠性，与传统的直流电机相比具有很大的性能优势。无刷直流电机是一种永磁同步电机，不是真正的直流电机。其本质是直流电源的输入。三相交流永磁同步电机采用电子逆变器将直流电转换为交流电，并有转子位置反馈。
无刷直流电机转动原理
用右手握住通电螺钉管，四指弯曲与电流方向一致，拇指的一端是通电螺钉管的N极。当绕组绕组方向一致时，通电螺钉管的磁场方向可以由电流方向控制。
定子绕组通电，可等效为磁体，如下图所示。当转子轴与定子绕组轴重子轴与定子绕组轴重合时，改变两端螺钉管的电流方向，并继续逆时针旋转。
无刷直流电机由多极绕组定子、永磁体转子和位置传感器组成。BLDC定子绕组多采用三相对称星形连接法，与三相异步电机非常相似。电机的转子上粘有充磁永磁体。
BLDC定子由许多硅钢板折叠和轴向冲压制成，每个冲槽都有一定的线圈组成绕组，从传统意义上说，BLDC定子有点类似于感应电机的定子，但定子绕组的分布有所不同。大多数BLDC定子有三个星形绕组。无刷直流电机的转子由镶嵌在铁芯表面或嵌入铁芯内的永磁体组成。目前，永磁体主要由钕铁硼等稀土永磁材料制成。有两种常见的转子结构：表面粘贴磁极(隐极)和嵌入磁极(凸极)。无刷直流电机多采用表面粘贴磁极，即永磁体粘贴在铁芯外表面。
以Y型BLDC例如，无刷直流电机的模型结构可以简化如下：
无刷直流电机的基本旋转原理是检测转子的位置，依次通电，使定子产生的磁场方向连续均匀地变化，从而驱动转子旋转。
由前可知，无刷直流电机的定子是线圈绕组电枢，转子是永磁体。如果只给电机通以固定的直流电流，则电机只能产生不变的磁场，电机不能转动起来。只有实时监测电机转子的位置，再根据转子的位置给电机施加不同的电压，使定子产生方向均匀变化的旋转磁场，转子才可以跟着磁场转动起来。
BLDC电机有三相定子。为了旋转转子，必须在同一时间以特定的顺序通电，以产生旋转磁场。根据转子的空间位置，这种特定的通电顺序一般分为六个步骤，因此被称为六个步骤变换。
每次换相，都有一个绕组连接到控制电源的正极(电流进入绕组)，第二个绕组连接到负极(电流从中流出)，第三个绕组失电。转矩是由定子线圈产生的磁场与永磁体的相互作用产生的。理想情况下，两个磁场正交时出现扭矩峰值，两个磁场平行时最弱。定子绕组产生的磁场应不断改变位置，以保持电机旋转，从而产生感应扭矩，使转子连续旋转。六步换相定义了给绕组加电的顺序。
AB合成磁场方向指向330°方向；
AC导通时，合成磁场方向指向30°方向；
BC导通时，合成磁场方向为90°方向；
BA合成磁场方向指向150°方向；
CA合成磁场方向指向210°方向；
CB导通时，合成磁场方向指向270°方向；
每一步相当于60个电角，6个步骤形成360个电角或一个电气旋转。每一步有两个绕组通电，一个绕组没有通电。六步循环加电可以使电机在指定方向旋转。六步换电如下图所示。
基于霍尔传感器的位置检测方法
检测转子位置非常重要，以掌握适当的换相时间，减少电机的扭矩波动，获得最大的扭矩。
位置传感器在无刷直流电机中检测转子磁极的位置BLDC控制提供正确的相位置信息。位置传感器将转子磁极的位置信号转换为电信号，并将其发送到控制器中。控制器控制定子绕组，使电枢绕组中的电流随转子位置的变化而变化，通过间隙形成步进式旋转磁场，驱动永磁转子连续旋转。
位置传感器种类繁多，各有特点。目前，无刷直流电机常用的位置传感器有：电磁、光电和磁敏。最常用的位置传感器是HALL传感器(磁敏)和编码器(光电)。
HALL传感器体积小，成本低，通常直接BLDC三个开关型安装在电机的定子上HALL传感器检测转子位置，间隔60°或者120°安装方式。
霍尔效应原理：磁场对带电导体中运动的电荷载流子施加垂直于其运动方向的力，使正负电荷分别积累到导体两侧。导体两侧电荷的积累会平衡磁场的影响，导体两侧电势差稳定。产生这种电势差的过程称为霍尔效应。霍尔传感器是一种基于霍尔效应的磁场传感器，它能有效地反映霍尔元件的密度。
任何时候，只要转子的磁极通过霍尔元件，霍尔元件就会根据转子当前的极性输出相应的逻辑电平0或1，以便根据三个霍尔元件产生的电平来判断当前转子的位置，并确定电机更换的顺序。
三相HALL传感器产生的开关状态不重复，每个开关状态的电角相等。以120°安装的HALL以传感器为例，器HALL传感器输出信号相差120°，每转过60°其中一个是电角HALL会改变传感器的状态。三个电周期HALL信号组合有六种状态，对应于六步换相过程。
确定转子位置后，根据转子位置进行换相控制，如下图所示，注意与上图位置稍有变化。
上图显示了六个换相点的位置。具体转子位置见霍尔码值、导绕组和合成磁场方向。
| 转子位置范围 |
对应转子角度 |
霍尔码值 |
导通绕组 |
合成磁场方向 |
| BA~CA |
30°~90° |
2 |
+B,-A |
150° |
| CA~CB |
90°~150° |
3 |
+C,-A |
210° |
| CB~AB |
150°~210° |
1 |
+C,-B |
270° |
| AB~AC |
210°~270° |
5 |
+A,-B |
330° |
| AC~BC |
270°~330° |
4 |
+A,-C |
30° |
| BC~BA |
330°~30° |
6 |
+B,-C |
90° |
无刷直流电机、电机驱动电路和控制器组成的系统如下图。