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瑞萨电子株式会社 1957 年 10 月出生。津山高等专科学校电气工程学专业。毕业后，就职于磁 放大器控制交流稳压电源（电压、电流）设备和降噪变压器 设计与制造的公司，从事设计、制造、检验等工作。出于对 1200V 半导体设计相关工作的憧憬，从 1984 年 开始就职于半导体设计公司，从事平面 CRT 、ACRTC 设计的教育与研修事业。当时，在开发 HD6800 到 68000 替代品的过程中学习了 MCU 基础，并在用自主研发的 H8/ Super H 处理器进行 MMU 和闪存研修教材开发的过程中学习 了 DSP 信号处理。此后，开发了 R8C、RX、RH850 及其教 育大纲。在开发电机控制、Ethernet、数字电源研修课程的过 程中，参加了 CQ 出版社的 EV 卡丁车比赛并持续至今。
与有刷电机相同，驱动无刷直流电机的磁力也 是由永磁体和线圈产生的。但是，观察图 1 可知， 整流（交流化、换流）时转子与定子的位置关系， 有刷直流电机与无刷直流电机正好相反。
图1 无刷电机有两种类型：转子在内部的内转子型 和转子在外部的外转子型。无论是哪种类型，转子 上都配置了永磁体。电机的 3 相线 条引线 与相连。有刷电机的两条引线上流过的是电流方向一定 的直流。无刷电机的 3 条引线上流过的是电流方向 变化的交流，通过改变各相线圈的电流方向、 大小，使转子转动。
下面所讲的无刷电机与有刷电机一样，有 3 个 线圈 / 槽。有刷电机 3 相间的夹角为 120°，也就确 定了电机的转向。 如前所述，有刷直流电机虽然有 3 个线 个可以同时励磁。而在无刷电机中，可 以分别对 3 相进行励磁（使其产生磁通）。如图 2所示，无刷电机可使用有刷电机的控制方式，也可 同时对 3 相通电，实现电机控制的多样化，同样获 得平稳的转矩和转动。
知道转子位置（永磁体与定子线圈的位置关系）时，无刷电机可以自由地设定定子线圈的输入功率 （电压、电流）波形，这与有刷电机不同。也就是说，励磁线圈的位置必须与转子位置相 匹配。当两者的位置相匹配时，就是向电机线圈输 入功率波形的最佳时间。如果位置不匹配，在不同 的启动位置，有可能出现电机实际转向与期待转向 完全相反的危险情况。因此，转子位置的检测十分 重要。
图3检测转子位置要使用传感器，检测方法也多种 多样（图 3）： ·使用霍尔元件（也称为霍尔传感器）直接检 测转子位置的直接检测法 ·使用编码器（光电式、分解式）的方法 ·检测电流的位置估算法 ·检测电机转动时产生的反电动势的位置估算法 使用霍尔元件检测转子位置的方法，成本低， 微处理器软件负担小。缺点是霍尔元件不耐热，不 适用于环境变化较大（如压缩机内部）和有免维护 要求的地方。检测电流和反电动势的位置估算法，只能在电机转动的情况下使用，因此对微处理器软 件会造成很大的负担，好处是可以在各种各样的环 境下使用。
这里考虑根据霍尔传感器信号，实施 3 相 120° 通电的 PWM 控制。传感器输入信号如图 4 所示。
图43 相电机沿转动方向，每隔 120°布置 1 个线 个线圈。线圈一端引线结为一点（中性 点 ）， 另 一 端 引 线 分 别 标 示 为 U 相 、 V 相 、 W 相 （U、V、W 不具有任何含义，只是沿用了三相交流 电 U 相、V 相、W 相的命名习惯）。电机运转时，有电流流过线圈，电磁铁与转子 永磁体之间相吸和相斥。此时，如果按图 5（b） 所示的 6 个步骤来控制电流的流动，就能让电机转 动一圈。
图5 ①U→V ②U→W ③V→W ④V→UeW→U fW→V 仔细观察后会发现，在转子转动一圈（360°） 的过程中，每隔 60°电机的通电方式就会发生改 变。注意观察线°通电方向会按照→、 ×、←变化，这叫做“120°通电”。PWM 中采用最多的就是 120°通电方式。当 然，也有其他的通电方式。
通过改变电压，对无刷直流电机实施转速控制。电压！为什么？也许很多人有这样的疑问。作 为转速的来源，转矩是由电流决定的，但遗憾的是， 没有直接的只改变电流的方法。间接控制电流，就 要运用欧姆定律实施电压控制。电压控制是指，在 PWM 的作用下通过控制平 均电压来控制转速（图 6）。
从电的方面来看，3 相线圈励磁，使电机转动，转动一圈为 360°，如图7所示。电机每转 动 120°就会产生转动扭矩，会导致电机转动不平 稳、抖动大。
图7解决方案是将 3 相线圈的数量成倍数 地增加，使电机转动的机械角度变小，使转动更 平稳。具体而言就是，将线 的倍数， 永磁体数量设定为 2（N 极、S 极）的倍数。
