最近在DIY無刷電機驅動，因為初次接觸，所以有些許耗時，完成以后會在本公眾號開源分享。本期文章整理了一下無刷電機的工作原理以及部分驅動電路。

無刷直流電機

直流電動機具有運行效率高和調速性能好的優點，但普通的直流電動機工作時需要用換向器和電刷來切換電壓極性，在切換過程中容易出現電火花和接觸不良現象會形成干擾并導致直流電動機的壽命縮短。無刷電動機的出現有效地解決了這個問題。

結構與工作原理

普通永磁直流電動機是以永久磁鐵作為定子，以電樞繞組作為轉子，在工作時除了要為旋轉的電樞繞組供電，還要及時改變電壓極性，這些需用到電刷和換向器。

由于電刷和換向器長期摩擦，很容易出現接觸不良、電火花和電磁干擾等問題。為了解決這些問題， 無刷直流電動機采用永久磁鐵作為轉子，通電繞組作為定子，這樣就不需要電刷和換向器了，不過無刷直流電動機工作時需要配套的驅動電路。

圖1(源于網絡)

圖1為三相九槽十二極無刷電機的換相圖，九槽可簡單理解為該電機共有九個定子繞組，十二極則指轉子共有十二個磁極，包含六個N極，六個S極。

因為無刷電機為三相，所以槽數始終為三的倍數，轉子磁極則是成對出現，所以極數始終為偶數。

無刷直流電動機位置檢測器采用霍爾傳感器，距磁環轉子很近，轉子的不同磁極靠近檢測器時，檢測器輸出不同的位置信號(電信號)。這里假設S極接近位置檢測器時，檢測器輸出低電平信號0，N極接近位置檢測器時，檢測器輸出高電平信號1。

驅動電路不斷檢測霍爾傳感器的電平信號，根據此信號不斷換相，讓無刷電機旋轉起來。

圖2

圖2為三相九槽十二級電機結構簡圖，圖中紅色三角形表示霍爾傳感器（要注意，傳感器之間互成40°），黃綠青三種顏色的矩形表示定子繞組，黃色為U相，綠色為V相，青色為W相。藍橙相間的圓為轉子，藍色表示N極，橙色表示S極。黑色線為標示線，相鄰兩條黑線之間角度為10°。

圖3

假設圖3為電機初始位置，讀取霍爾傳感器電平為：

A:1 B:0 C:1

我們要讓電機順時針轉動，則應該使W相產生S極，V相產生N極，記作W_S和V_N。（繞組產生N極或S極根據右手螺旋定則判斷即可）

圖4

圖4在圖3的基礎上順時針轉動了10°，可以通過黑線對比看出。讀取霍爾傳感器電平為：

A:1 B:0 C:0

我們要讓電機繼續順時針轉動，則應該使W相產生S極，U相產生N極，記作W_S和U_N。

圖5

圖5在圖4的基礎上順時針轉動了10°，可以通過黑線對比看出。讀取霍爾傳感器電平為：

A:1 B:1 C:0

我們要讓電機繼續順時針轉動，則應該使V相產生S極，U相產生N極，記作V_S和U_N。

圖6

圖6在圖5的基礎上順時針轉動了10°，可以通過黑線對比看出。讀取霍爾傳感器電平為：

A:0 B:1 C:0

我們要讓電機繼續順時針轉動，則應該使V相產生S極，W相產生N極，記作V_S和W_N。

圖7

圖7在圖6的基礎上順時針轉動了10°，可以通過黑線對比看出。讀取霍爾傳感器電平為：

A:0 B:1 C:1

我們要讓電機繼續順時針轉動，則應該使U相產生S極，W相產生N極，記作U_S和W_N。

圖8

圖8在圖7的基礎上順時針轉動了10°，可以通過黑線對比看出。讀取霍爾傳感器電平為：

A:0 B:0 C:1

我們要讓電機繼續順時針轉動，則應該使U相產生S極，V相產生N極，記作U_S和V_N。

圖9

圖9在圖8的基礎上順時針轉動了10°，可以通過黑線對比看出。讀取霍爾傳感器電平為：

A:1 B:0 C:1

我們要讓電機繼續順時針轉動，則應該使W相產生S極，V相產生N極，記作U_S和V_N。

到此，轉子一共旋轉了70°，我們可以發現，現在的霍爾信號和圖3一樣了。接下來的信號變化將依次重復，也就是說，該電機的霍爾信號以60°為一個周期。轉子每轉動10°就會有一個霍爾信號跳變。

驅動電路(部分)

圖10

圖10為部分驅動電路，圖中MOTOR_U，MOTOR_V，MOTOR_W分別接無刷電機的三相電源線即可。

假如某一時刻我們要給U、V兩相通電，那么只要給U1一個高電平，使Q1導通，然后再給V2一個矩形波即可。改變V2矩形波的占空比即可調速。也可以反過來，給V2一個高電平，給U1一個矩形波亦可。（電機內部一般已經按星形接法相接）

樣例后續更新。