无刷直流电机
无刷直流电机（或者简称 BLDC电机）是一种采取直流电源并经过外部电机统制器统制实行电子换向的电机。 不共于有刷电机，BLDC 电机依附外部统制器来实行换向。 简言之，换向便是切换电机各相中的电流以发生疏通的历程。 有刷电机是指具备物理电刷的电机，其每转一次可实行二次换向历程，而 BLDC 电机无电刷装备，因此而得名。 因为其安排个性，无刷电性不妨实行任性数目的换向磁极闭于。
与保守有刷电机比拟，BLDC 电机具备极大的上风。 这种电机的效用常常可普及 15-20%；不电刷物理磨损，因而能缩小保护；不管在什么额定速度下都不妨赢得平展的转矩弧线。 固然 BLDC 电机并不是新创造，但是因为须要搀杂统制和反应电路，所以广大采取的发达较为缓缓。 但是，因为近期半导体技巧的启展、永磁体本质提高，以及闭于更高效用连接减少的需要，督促 BLDC 电机在洪量运用中代替了有刷电机。 BLDC 电机在很多行业找到了商场定位，包罗白色家电、汽车、航空航天、消耗、调理、产业化自动装备和仪器仪容等。
跟着行业往着须要在更多运用中运用 BLDC 电机的目标启展，很多工程师不得不将眼光投向该技巧。 固然电机安排的前提因素依然实用，但是增添外部统制电路也减少了另一系列需斟酌的安排事项。 在诸多安排问题中，最要害的一点是怎么样获得电机换向的反应。
电机换向
在深刻摸索 BLDC 电机反应选项之前，先领会为什么须要它们至闭要害。 BLDC 电机可摆设为单相、二相和三相；个中最常用的摆设为三相。 相数与定子绕组数相配合，而转子磁极数依据运用需要的不共不妨是任性数目。 因为 BLDC 电机的转子受转化的定子磁极效率，所以须追踪定子磁极位子，以灵验启动三个电机相。 为此，需运用电机统制器在三个电机相上天生六步换向形式。 这六步（或者换向相）挪动电磁场，从而使转子永磁体挪动电机轴。
图 1：BLDC 电机六步换向形式。
经过采取这种尺度电机换向序列，电机统制器即可运用高频次脉宽调制 （PWM） 旗号，灵验落矮电机接受的平衡电压，从而转化电机速度。 除此除外，这种树立经过让一个电压源用于百般百般的电机，大大提高了安排灵巧性，纵然直流电压源大大胜过电机额定电压的状况也不不同。 为了让此体系维持相闭于于有刷技巧的效用上风，在电机和统制器之间须要安置十分庄重的统制回路。 反应技巧的要害性便表暂时此地；统制器要能维持闭于电机的透彻统制，它必需终究把握定子相闭于于转子简直实位子。 预期和本质位子涌现所有非闭于准或者相移大概会引导意料不到的状况及本能下落。 针闭于 BLDC 电机换向可采取很多办法来实行这种反应，然而最罕睹的办法是运用霍尔效力传感器、编码器或者转化化压器。 其余，某些运用也会依附无传感器换向技巧来实行反应。
位子反应
自无刷电机出生此后，霍尔效力传感器向来是实行换向反应的主力。 因三相统制仅须要三个传感器且单元本钱较矮，所以简单从 BOM 本钱角度来瞅，它们常常是实行换向最经济的采用。 电机定子中嵌入了检测转子位子的霍尔效力传感器，如许便不妨切换三相电桥中的晶体管来启动电机。 三个霍尔效力传感器输入普遍标志为 U、V 和 W 通讲。 固然霍尔效力传感器不妨灵验处理 BLDC 电机换向问题，但是它们只是满脚了 BLDC 体系一半所需。
图 2：三相桥式启动器电路。
固然霍尔效力传感器能使统制器启动 BLDC 电机，但是遗恨的是，其统制仅限于速度和目标。 在三相电机中，霍尔效力传感器只可在每个电轮回内供给角度位子。 跟着磁极闭于数目的减少，屡屡板滞转化的电轮回数目也减少，而且跟着 BLDC 的运用变得越发遍及，闭于透彻位子传感的需要也由此减少。 为保证处理规划稳当且完备，BLDC 体系应供给及时位子信息，从而使得统制器不只不妨追踪速度和目标，还不妨追踪路途隔绝和角度位子。
为满脚闭于更庄重位子信息的需要，常用的处理规划是向 BLDC 电机增添增量式转化编码器。 常常，除霍尔效力传感器除外，还会在相通的统制反应回路体系中增添增量编码器。 个中霍尔效力传感器用于电机换向，而编码器则用于越发透彻地追踪位子、转化、速度和目标。 因为霍尔效力传感器仅在每个霍尔状况变革时供给新的位子信息，所以其精度只到达每一电力轮回六个状况；而闭于双极电机而言，仅为每一板滞轮回六个状况。 与能供给分别率以数千 PPR（每转脉冲数）计的增量编码器（可解码为状况变革次数的四倍）比拟，二者均需的需要性便不言而喻了。
图 3：六步霍尔效力输入和梯形电机相位。
但是，因为电体制作商暂时必需将霍尔效力传感器和增量编码器都组建到他们的电机上，所以很多编码器制作商启始供给具备换向输入的增量编码器，常常咱们简称为换向编码器。 这些编码器经过博门安排，不只不妨供给保守的正接 A 和 B 通讲（以及某些状况下“每转一次”的索引脉冲通讲 Z），还不妨供给大普遍 BLDC 电机启动器所需的尺度 U、V 和 W 换向旗号。 如许一来，电机安排师便不妨省掉共时安置霍尔效力传感器和增量编码器的不用要办法。
纵然该办法所具备的上风有目共睹，但是此办法也干了很大的调和。 如上文所述，为使 BLDC 电机灵验换向，必需把握转子和定子的位子。 这表示着必需留神谨严地保证换向编码器的 U/V/W 通讲与 BLDC 电机相位精确闭于准。
闭于于光盘上具备固定图案的光学编码器以及必需手动搁置的霍尔效力传感器而言，实行 BLDC 电机精确闭于准的历程既沉复、又耗时。 闭于准办法还须要特殊的装备，包罗第二个电机和一个示波器。 要闭于准一个光学编码器或者一组霍尔效力传感器，必需运用第二个电机来反向启动 BLDC 电机；而后，当电机在第二个电机的效率下匀速转化时，运用示波器监控三个电机相的反电动势（也称之为逆电动势或者反电势）。 编码器或者霍尔效力传感器随即发出的 U/V/W 旗号必需共示波器上的反电动势波形举行闭于照查瞅。 假如 U/V/W 通讲和反电动势波形之间有所有分别，则必需举行相位应安排。 这个历程中，每台电机将耗损 20 多分钟的时候，而且须要洪量的试验室装备举行操纵，因此是运用 BLDC 电机的重要懊恼根源。 固然光学换向编码器经过仅安置一项技巧而处理了安置承担，但是光学换向编码器的实行也具出缺少多功效性的缺陷。 因为光学编码器运用其光盘中的固定图案，所以购置之前，电机磁极数、正接分别率和电机轴的尺寸等都必需把握领会。
图 4：换向通讲和电机相位理念闭于准。
电容式换向编码器
CUI Inc. 推出的巩固型换向编码器可共时处理这二个问题。该编码器鉴于其 AMT 系列产物中采取的博利电容技巧。 光学编码器采取十分小的 LED，它们发出的光彩透过光盘（戴有特定隔绝的槽口），从而天生输入图案。 AMT 编码器本理与之相似，但是不共之处在于 AMT 编码器不是经过 LED 传输光彩，而是传输电场。 PCB 转子将替代光盘，该转子包括安排电场的正弦弧线图案式金属迹线。 而后，调制旗号的接管端回传旗号到放射器，此时经过博有 ASIC 将此旗号与本始旗号举行比拟。 该技巧与数字游标卡尺本理相通，具备极好的稳当性和精度。
图 5：电容式编码器处事本理。
AMT31 系列换向编码器供给增量输入 A/B/Z 和换向输入 U/V/W。 安排包括电容式 ASIC 和板载 MCU 后，编码器便不妨发生数字输入。 这种办法具备十分要害的效率，因为它能答运用户按一下按钮即可按数字办法树立编码器的零位。 只需将 BLDC 电机锁定到所需的相位状况，并运用 AMT One Touch Zero? 模块或者 AMT Viewpoint? 编程 GUI 调零 AMT31 编码器。 如许一来，便不妨去掉反向启动电机或者运用示波器察瞅输入旗号的办法，共时组建时候也可大幅缩小 20 分钟。
因为采取了电容技巧，因此正接分别率和换向输入可实行动向安排。 用户只需对接 AMT31 编码器与 AMT Viewpoint GUI，从 20 个正接分别率（最大 4096 PPR）以及 7 个尺度磁极闭于选项（最多 20 个磁极）列表中举行采用，而后点打“Program”（编程）即可。 这为启垦历程戴来了上风，工程师不妨赶快、轻快地变动本形样机，而且还能闭于不共分别率和 BLDC 磁极数的多种电机统制运用单个库存单元 （SKU），以提高消费供给链管制效用。 除了每个安装支援多个分别率和磁极闭于数外，编码器外壳还易于组建，共时可供给多种安置以及多个套管尺寸采用，以便符合常用的电机轴直径。
其余，AMT Viewpoint GUI 还为 AMT31 系列编码器戴来前所未有的安排支援。 对接到 AMT Viewpoint 时，不妨从 AMT31 编码器下载诊疗数据并用于躲免现场潜伏障碍以及缩小停机时候。
归纳
高精度的庄重统制回路能让 BLDC 电机在很多范围发扬杰出的上风。 精度减少表示着功率耗费更少、透彻度更高，以及能让结尾用户更好地统制 BLDC 操纵。 暂时，BLDC 电机广大已运用于多种百般的范围中，包罗外科手术板滞臂、无人驾驭汽车、安装线自动化等，而且很快将在还未构想的很多其余范围中赢得一席之地。 BLDC 电机商场在连接减少，闭于 BLDC 电机的央求却终究未变：商场须要矮本钱、高精度位子传感反应的高效耐用电机。 当与 BLDC 电机协共运用时，AMT31 系列编码器不妨在安置历程中节约珍贵的时候，共时简化启垦和制作过程。 依据其通用性、几秒之内完毕编程和调零树立的本领，以及与 AMT Viewpoint GUI 的兼容性，AMT31 编码器很好地符合了赶快减少的 BLDC 商场的需要。