目前為止，我們已分2次向大家介紹了BLDC電機的特點與優點。BLDC電機既小巧又高效，最適合用于需要省空間、省能量的系統開發。一直以來大家都覺得初次控制BLDC電機時難度太高，但現在只要采用瑞薩電子的解決方案就可以大幅度降低難度。瑞薩電子電機控制評估套件“24V Motor Control Evaluation System for RX23T（以下稱為“電機RSSK”）”中有一套逆變板和各種控制軟件、開發支持工具，讓我們使用電機RSSK來實際進行一次電機控制吧。

電機RSSK是一種怎樣的套件呢

如第2章節所述，控制BLDC電機需要用到輸出逆變電路和PWM的電機控制用微控制器。電機RSSK是開封后能立即進行電機控制的套件，包含了電機控制所需的一整套器材。而且，與電機RSSK相對應的控制軟件和開發支持工具可以從瑞薩電子的網站上下載，因此誰都能輕易地嘗試各種電機控制方式。

同包裝的電機控制用微控制器雖然是RX23T型號的，但由于安裝了RX23T的基板“CPU卡”可以從逆變板上拆下來，因此只要使用安裝了別的電機控制用微控制器的CPU卡（單賣品），就可以使用各種微控制器進行電機控制。說不定還可以幫助您選擇用哪種電機控制用微控制器。

與電機RSSK對應的控制軟件種類繁多，如：矢量控制，120度通電控制等。這次我們來嘗試一下通過使用了霍爾傳感器的120度通電控制和無傳感器矢量控制進行電機控制。首先來試試120度通電控制。

圖1：電機RSSK (Renesas Solution Starter Kit)套件

電機控制的準備工作Analyzer功能是指？

進行使用霍爾傳感器的120度通電控制前，需要將從瑞薩電子網站上下載下來的“霍爾120度通電控制軟件”寫入電機控制用微控制器中。還要同時使用電機控制的開發支持工具Renesas Motor Workbench。上述工具可從以下各鏈接中下載

圖2：Renesas Motor Workbench的初始畫面

Renesas Motor Workbench有Analyzer功能和Tuner功能。首先來試試Analyzer功能吧。

Analyzer功能的最大特點是能在電機轉動的同時不停止CPU，持續讀寫微控制器內部的變量，并用波形顯示。若停止CPU，則可能由于PWM的輸出狀況而導致電流過大，損壞逆變板。因此，它在電機控制領域中，不像其他應用程序一樣在程序中設置暫停，導致無法確認微控制器內部的變量。所以這是一項非常有效的功能。另外，由于電機控制，尤其是矢量控制中，使用了被稱為“d軸”、“q軸”的電流值等在微控制器內部演算的電流值，因此在一般的示波器中無法確認數值。

能夠直接確認其電流值也可以說是它的一大特點吧。此外，由于能夠只提取出達到設置電壓的波形以及縮放，作為電機控制用的開發支持工具來說非常有效。比起使用DA轉換器或外部總線輸出數據或保存在存儲器之后進行分析等要高效得多。另外，也可作為通過利用變量來控制電機的轉動/停止等的用戶界面。由于Renesas Motor Workbench為用戶界面，所以，瑞薩電子在網上公開的電機控制程序是利用此程序，實際上是通過120度通電控制來進行電機控制的。

體驗120度通電控制

a

那么我們嘗試用120度通電控制，從Analyzer進行操作，讓電機轉動。操作方法請參照使用說明書或軟件的應用指南。

圖3：120度通電控制的電流波形
（粉色/紅色/淡藍色：U相/V相/W相的電流波形）與切換通電類型的信號（藍色）

觀察各相的電流波形。用Analyzer確認后，已確認如圖3所示的波形。中央用不同顏色表示的波形的詳細數據如下所示。雖然由于逆變電路的切換，存在無法取得電流值的時刻，但也形成了具有特點的電流波形。

進行120度通電控制后，會形成矩形波一般的電流波形。另外可知，隨著藍色信號的變化，通電類型會發生切換。看了電機RSSK附帶的電機轉動的樣子之后，并沒有感覺到第2次介紹中說明的“不順暢感”。也就可以理解它為什么被用于實際的應用中。

矢量控制的準備工作Tuner機能是指？

接下來，進行無傳感器矢量控制。同剛才的120度通電控制一樣，需要將程序寫入裝載了RX23T的CPU卡內。無傳感器矢量控制的程序公開了2種類型，一種是，一旦寫入馬上能夠進行電機控制的網絡公開程序。另一種是在下載了Renesas Motor Workbench的文件夾中，帶有Tuner功能的無傳感器矢量控制程序。Tuner功能是指能夠自動調整矢量控制中所需的電機參數及控制參數的功能。本來，進行矢量控制需要正確設置非常多的參數，但通過利用此Tuner功能，可以將麻煩的參數調整簡單化。由于網上公開的程序是已經調整過與所附帶的電機相配的參數的程序，所以不需要自動調整。

在此，盡管使用網上已公開的無傳感器矢量控制程序也不錯，但機會難得，所以我們還是使用Renesas Motor Workbench的Tuner功能進行矢量控制吧。程序在剛才下載的Renesas Motor Workbench的“mot_rmt”文件夾中。

圖4：用帶有Tuner功能的矢量控制程序連接Renesas Motor Workbench的畫面
若利用Renesas Motor Workbench的下載文件夾當中的程序進行工具連接，則可以使用Analyzer功能與Tuner功能這2種功能。

自動調整電機參數

矢量控制需要設置電機參數及控制參數。雖然因程序不同而有所不同，但此參數有20個左右，分別進行調整的話非常耗費工時。Tuner功能可大幅度縮短此工時。

只要連接想讓其自動調整的電機，輸入電機的“額定電流”“額定功率”“磁極對數”，Tuner功能就可以自動地測量、計算，并輸出參數。通過將輸出參數編入控制軟件中，就可以輕松實現穩定的BLDC電機驅動。

圖5：Tuner輸出的參數的表示圖例
將數據輸入Tuner后，會進行自動調整。算出如上所示的控制參數。

按照使用說明書，嘗試使用Tuner功能。進行自動調整后，30秒左右就能完成數據調整。根據Tuner功能，可以將調整后的結果輸出為可用于瑞薩電子的矢量控制程序的定義文件，或輸出為如圖5所示PDF文件的報告。不需要多次調整同一電機，還可以簡單地積累調整結果，非常便利。

體驗矢量控制

利用自動調整后的參數，通過無傳感器矢量控制來驅動BLDC電機。確認直接連接扭矩的電流值，該值可以作為矢量控制的特征的例子。正如第2章節的最后說明，在矢量控制中，進行坐標轉換，將3相的交流值當作2相的直流值處理。該2相是扭矩的電流（q軸電流）與產生磁通量的電流（d軸電流）。這些動作可透過螢幕確認（圖6）。

圖6：矢量控制的電流波形
（紅色：q軸電流、藍色：d軸電流、黃色/橙色/綠色：U相/V相/W相電流）
首先試著讓電機以1000rpm進行旋轉。該情況下的波形如圖6所示。
與扭矩相關的q軸電流（紅色線）流過50mA左右。

圖7：施加負荷時的電流波形

接下來試著往電機的軸上施加少量負荷。于是，如圖7所示，可知d軸電流值保持不變，僅與扭矩相關的q軸電流增加了100mA左右。這是因為是根據負荷來增加扭矩的，不產生浪費。結果就是，用3相來看時，可見各相電流都有所增加。在矢量控制中，盡管改變q軸電流值，增加或減少了與負荷相對應的扭矩，但是通過調整3相電流值來進行此操作是非常困難的。另外，與120度通電控制的電流波形相比，3相的電流值為很漂亮的正弦波。雖然無法用肉眼觀察到明顯的變化，但可以感覺到轉動變得稍微平穩了一些。

體驗BLDC電機的控制

這次，我們使用瑞薩電子的電機解決方案套件“電機RSSK”，體驗了BLDC電機的120度通電控制和矢量控制。因為使用說明書和應用指南中都有詳細的記載，所以可以很順利地嘗試各種控制方式。由于已準備好各控制方式的程序，所以能通過比較，幫助大家更好地理解控制方式。這是為有意購買BLDC電機的客戶推薦的解決方案套件。

我們在“電機控制評估套件導入研究和啟動網站”上，通過視頻等，對導入Renesas Motor Workbench的順序和電機RSSK進行了詳細解說。歡迎使用。

結論

目前為止，我們已分3次解說了BLDC電機。BLDC電機和DC電機不同，雖然僅靠接通電源是不會運轉的，但它小巧且高效，所以有望在很多領域得到廣泛應用，今后應該也會逐漸普及吧。其中，無傳感器的矢量控制尤其備受關注，因為它無需使用傳感器就可以進行特別高效的控制。雖然無傳感器矢量控制十分復雜，但若使用電機RSSK，就可以在短時間內進行實機確認。請務必考慮采用瑞薩電子的電機解決方案來使用小巧、高效，且具有良好可控性的BLDC電機。