六步方波控制无刷电机原理
六步方波控制无刷电机原理
无刷电机因其高效、低噪音和长寿命等优点，在现代工业和消费电子产品中得到了广泛应用。本文将从有刷电机的基本原理出发，逐步介绍无刷电机的工作机制，特别是六步方波控制方式，帮助读者理解这一关键技术的内在逻辑。
有刷电机
说到无刷电机就不得不提一下有刷电机了，早期的电机采用的是有刷电机，有刷电机的转子是一个电磁铁(线圈)，即通过改变电流的方向从而改变电磁铁正负极然后依照电磁铁与定子的极性从而驱动转子的旋转。对于有刷电机我们往往仅需要通入一个直流电就可以驱动电机的选中，并通过控制电流量的大小从而控制转速，没了解过有刷电机的人可能会问，既然是直流电那么它是如何改变电流方向的呢？那便是在电机内部给电磁铁通电的地方加入了换向器，换向器可以在内部让通入电机内部的直流电按照转子的转动切换方向，换向器被两个换向片紧贴着，不断刷新电流的方向，这也就是"有刷"的由来。
有刷电机虽然构造十分简单，但是局限性也很明显：比如鉴于两个紧贴着的刷子，时间久了必定会产生磨损，同时在工作时也会产生一定量的噪音，因为有这样的阻力，旋转的速度也变得较为有限。
无刷电机
在有刷电机的基础上，无刷电机的转子变成了永磁体，而定子变成了电磁铁(线圈)，通过改变定子电磁铁的电流方向从而改变定子电磁铁的极性，然后通过电磁铁与永磁体的极性从而驱动转子的旋转。这样就无需使用刷子便可以实现旋转的功能，但是与之而来的便是更加复杂的控制。
驱动
无刷电机的驱动有两种方式：
- 六步方波
- FOC
这里我们主要介绍六步方波的形式
六步方波
这里我们以内部有六个电磁铁的无刷电机进行举例。基于下面这张图我们可以很直观地看到究竟是如何通过控制电磁铁来让转子旋转的。
在此基础上我们可以将每个相对方向的电磁铁连接起来，这样两个方向对电磁铁的驱动起到了同样的作用，这样便在原来的基础上起到了双倍驱动的效果。这两个连接起来的电磁铁我们可以将其称之为绕组
基于上面的说法，六个电磁铁便可以分成三个绕组，这样便可以通过控制三个绕组的电流从而控制三个绕组的电磁铁的极性，从而驱动转子的旋转。那么我们可以将其简化为电路这本书中提到的三相电路。我们可以通过控制如下图的开关即可达到目的。
每次控制电机的转动其实仅需要两个引脚通相反的信号即可，那么我们可以设三个状态：通"+", 通"-", 不同分别为 1 -1 0。三个引脚分别为 a b c 那么让电磁铁旋转一个周期所需要的信号为：
- a+ b- c0
- a+ b0 c-
- a0 b+ c-
- a- b+ c0
- a- b0 c+
- a0 b- c+
直观的如下图：
当然理想情况下确实可以如此，但是在实际中，如果电磁铁一直这样跑而不管其他的话，那么可能会出现"失步"的情况，这时就需要引入霍尔传感器或者反电动势来得出转子的位置，从而更加稳定的控制电机。至于这两个传感器如何得出转子的位置，这里就不细说了。
以上图片（除了最后一张）均来自网站：How it work，侵则删。