一、什么是無刷直流 (BLDC) 電機？

無刷直流（BLDC）電機，也被稱為電子換向電機（ECM或EC電機）或同步直流電機，是一種使用直流電（DC）電源的同步電機。它實質上采用直流電源輸入，并通過逆變器將直流電轉換為三相交流電，驅動帶有位置反饋的永磁同步電機。

無刷直流電機廣泛應用于日常生活用具、汽車工業、航空、消費電子、醫學電子、工業自動化等裝置和儀表中。其高輸出功率、低電噪聲、高可靠性、高動態響應、電磁干擾少、更好的轉速-轉矩等優點，使得無刷直流電機成為現代工業領域中的重要驅動設備。

無刷直流（BLDC）電機以其高效率、長壽命、低噪聲、高可靠性和可控性好等特點，在現代工業領域中得到了廣泛應用。

二、無刷直流電機的類型

BLDC 電機有兩種類型：外轉子和 內轉子設計 。雖然它們的工作原理相同，但設計的不同主要在于組件的放置。

內轉子設計

在內轉子設計中，轉子位于電機的中心，定子繞組圍繞轉子。由于轉子位于鐵芯內，轉子磁鐵內部不隔熱，熱量容易散發。由于這個原因，內轉子設計的電機產生很大的扭矩并得到有效使用。

外轉子設計

在外轉子設計中，轉子圍繞位于電機核心的繞組。轉子中的磁鐵將電機的熱量捕獲在內部，并且不允許從電機散發。這種設計的電機在較低的額定電流下運行，并且具有較低的齒槽轉矩。

三、無刷直流電機的工作原理

無刷直流電機由電子驅動器驅動，當轉子轉動時，該電子驅動器在定子繞組之間切換電源電壓。轉子位置由傳感器（光學或磁性）監控，該傳感器向電子控制器提供信息，并根據該位置確定要通電的定子繞組。該電子驅動器由通過微處理器操作的晶體管（每相 2 個）組成。

永磁體產生的磁場與定子繞組中電流感應的磁場相互作用，產生機械扭矩。電子開關電路或驅動器切換定子的供電電流，以便在相互作用的場之間保持 0 至 90 度的恒定角度。霍爾傳感器大多安裝在定子或轉子上。當轉子經過霍爾傳感器時，根據北極或南極，它會產生高或低信號。根據這些信號的組合，定義要通電的繞組。為了保持電機運行，當轉子移動以趕上定子磁場時，繞組產生的磁場應該移動位置。

在 4 極、2 相無刷直流電機中，使用嵌入在定子上的單個霍爾傳感器。當轉子旋轉時，霍爾傳感器感測位置并根據磁體的磁極（北極或南極）產生高或低信號。霍爾傳感器通過電阻器連接到晶體管。當傳感器輸出端出現高壓信號時，連接到線圈 A 的晶體管開始導通，為電流流動提供路徑，從而為線圈 A 通電。電容器開始充電至滿電源電壓。當霍爾傳感器檢測到轉子極性發生變化時，它會在其輸出端產生一個低電壓信號，并且由于晶體管 1 沒有獲得任何電源，因此處于截止狀態。電容器周圍產生的電壓是 Vcc，它是 2 的電源電壓nd晶體管，線圈 B 現在通電，因為電流通過它。

BLDC 電機具有旋轉的固定永磁體和固定電樞，消除了將電流連接到移動電樞的問題。轉子上的極數可能比定子或磁阻電動機的極數還要多。后者可能沒有永磁體，只有在轉子上感應的磁極，然后通過定時定子繞組拉入裝置中。電子控制器取代了有刷直流電機的電刷/換向器組件，不斷切換繞組的相位以保持電機轉動。該控制器通過使用固態電路而不是電刷/換向器系統來執行比較定時功率分配。

四、三相無刷直流 (BLDC) 電機驅動電路圖

該電路采用IRS2330 IC作為主驅動器。 IC 引腳連接到外部組件，包括使用 6 個 IGBT 的標準 H 橋配置。這種 H 橋配置通過控制流經電磁線圈的電流來驅動 BLDC 電機。

霍爾效應傳感器檢測轉子磁體的位置，并向控制電路提供必要的數據，以按順序激活定子線圈，產生旋轉扭矩并產生預期的旋轉運動。然而，在將霍爾傳感器信號應用到驅動器 IC 輸入之前，需要利用多個非門對信號進行緩沖。然后，非門的輸出會與 IC IRS2330 的輸入正確合并。

該電路還包括一個電流檢測級，用于 BLDC 電機的過流保護和控制。此級中的電阻分壓器的尺寸經過精心設計，可實現精確的電流感測和控制。

總之，IRS2330 IC 連接到 IGBT 的 H 橋配置和霍爾效應傳感器來控制定子線圈；霍爾傳感器信號由非門緩沖，然后發送至 IC。電路中還存在電流感測級，用于電機的過流保護。