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无刷电机是指无电刷和机械换向器的电机。 我们知道，一般的有刷电机的定子是永磁体，转子是电磁铁。转子转动时，通过电刷来自动切换转子电磁铁的中的电流方向，使得转子始终受到转动力矩的作用，得以旋转起来。 而无刷电机，转子是永磁体，定子是电磁铁，使用电子换向器器来切换电磁铁中的电流方法。由于它没有机械式的电刷，所以称为无刷电机。 1）无刷电机的结构先介绍几个概念，无刷电机的槽数和级数，槽数N指的是定子上的电磁铁极数量，极数P指的是转子上磁极的数量。 最简单的3N2P结构电机，就是定子上有三个线圈极、定子上有两个磁极的无刷电机。 3N2P型无刷电机的定子结构示意如下图：
定子有三组线圈：A、B、C，三个线圈的一端连接到公共点，另一端引出三个引线a、b、c。 在其中心放上一块作为定子的磁铁，就形成了最简单的无刷电机结构，如下图：
当然，这只是结构最简单的3槽2极电机，常用的电机为了使得转动更加平稳、转矩更大，会增加槽数和极数。线圈的连接方式，可以为星形，也可以是三角形连接。 同时，按机械结构，转子在电机的内部还是外围，又可以分为外转子电机和内转子电机。 2）无刷电机的驱动原理了解了无刷电机的结构，那么，无刷电机是如何转动起来的呢？ 我们仍然以最简单的3N2P无刷电机为例，假设初始时，我们在a端接电源正、b端接电源负、c端悬空，则A线圈产生磁场方向朝左上方，B线圈产生磁场方向朝正上方，磁场的矢量和朝左上方，转子磁铁在A、B线圈的磁场作用下，会转到图示方向：
下一时刻，我们在c端接电源正、b端接电源负、而a端悬空，则磁场矢量和朝向右上方，转子磁铁会从下图的1转到下图2中的位置：
同理，后续依次c+a-、a-b+、b+c-、c-a+、a+b-、b-c+循环加电，转子磁铁就能循环转动起来了。每经过6次切换电流，转子转动一圈。 因为三个线圈相隔120°，所以，不难得出两个线圈同时导通时，转矩为单个线圈的√3倍。 上述驱动方法中，每次导通了两个线圈，因此称为“二二导通”驱动方式；相对地还有一种三个线圈同时导通的方式，称为“三三导通”驱动方式。 例如，施加电压为 a+b-c- 的状态时，由于三个线圈都会产生磁场，则定子磁铁会转动到下图位置（N极正对A线圈）：
而且，由于A线圈中的电流等于B、C电流之和，所以总的转矩为1.5倍A线圈的转矩。 不难分析出，“三三导通”的驱动方式，也是6个步骤完成转动一圈。如我们依次按a+b-c-、a+b-c+、a-b-c+、a-b+c+、a-b+c-、a+b+c-循环控制线圈电压，则定子也能转动起来。 3）无刷电机的驱动电路上面我们分析了如何让三相的无刷电机转动起来，实质上就是需要能对三个线圈的引出点分别加正、负电压，一般可以用如下三相六臂全桥电路来实现：
例如，在上图中导通Q1和Q4，其他都不导通，那么电流将从Q1流经U相绕组，再从V相绕组流到Q4。这样也就完成了个线圈通电，同理，依次导通Q5Q4、Q5Q2、Q3Q2、Q3Q6和Q1Q6，这也就完成了“二二导通”的6拍工作方式。 同理三相全桥也可以实现“三三导通”的控制方式。 上述全桥电路只是原理性的介绍，实际应用时，要保证控制时，不能有同一个桥臂的上下MOS管同时导通，否则会烧毁器件。我们可以先关闭上桥臂的MOS，再开启下桥臂的MOS（或者先关闭下MOS再开启上MOS）这样就避免了上下MOS同时导通的时间，错开的这个时间差，一般称为死区时间（dead time）。很多MCU输出的PWM波，都可以控制死区时间的大小，方便我们设计。 好了，关于步进电机最基础的知识就介绍到这里了，后续这个系列还会有更多内容，尽情期待。 |
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