無刷直流 (BLDC) 電機是一種采用直流電源並通過外部電機控製器控製實現電子換向的電機。不同於有刷電機，BLDC 依(yi)靠(kao)外(wai)部(bu)控(kong)製(zhi)器(qi)實(shi)現(xian)換(huan)向(xiang)，也(ye)就(jiu)是(shi)在(zai)電(dian)機(ji)相(xiang)上(shang)切(qie)換(huan)電(dian)流(liu)以(yi)產(chan)生(sheng)運(yun)動(dong)的(de)過(guo)程(cheng)。有(you)刷(shua)電(dian)機(ji)具(ju)有(you)實(shi)際(ji)的(de)電(dian)刷(shua)，其(qi)每(mei)旋(xuan)轉(zhuan)一(yi)圈(quan)可(ke)實(shi)現(xian)兩(liang)次(ci)換(huan)向(xiang)過(guo)程(cheng)，而(er) BLDC 電機則無電刷。由於自身的設計特性
，無刷電機能夠實現任意數量的換向磁極對。本文將回顧 BLDC 電機的基礎知識，探討其常見換向方法並介紹一種采集位置反饋信息的新解決方案。

BLDC 電動機換向的基礎知識

最常見的 BLDC 電機采用 3 相配置。相數與定子繞組數相匹配，而轉子磁極數根據應用需求的不同可以是任意數量對。因為 BLDC dianjidezhuanzishouxuanzhuandedingzicijiyingxiang
，suoyixuzhuizongdingzicijiweizhi
，yiyouxiaoqudongsangedianjixiang。weici
，xushiyongdianjikongzhiqizaisangedianjixiangshangshengchengliubuhuanxiangmoshi。zheliubu（或換向相）移動電磁場，進而使轉子永磁體推動電機軸（圖 1）。

圖 1：BLDC 電機的 6 步換向模式:（圖片來源：CUI Devices）

為wei了le使shi控kong製zhi器qi能neng夠gou有you效xiao地di使shi電dian機ji換huan向xiang，控kong製zhi器qi必bi須xu始shi終zhong獲huo得de關guan於yu轉zhuan子zi位wei置zhi的de準zhun確que信xin息xi。自zi無wu刷shua電dian機ji誕dan生sheng以yi來lai
，霍huo爾er效xiao應ying傳chuan感gan器qi就jiu一yi直zhi是shi換huan向xiang反fan饋kui的de熱re門men選xuan擇ze。在zai典dian型xing情qing況kuang下xia，3 相xiang控kong製zhi需xu要yao三san個ge傳chuan感gan器qi。電dian機ji定ding子zi中zhong嵌qian入ru了le檢jian測ce轉zhuan子zi位wei置zhi的de霍huo爾er效xiao應ying傳chuan感gan器qi，這zhe樣yang就jiu可ke以yi切qie換huan三san相xiang電dian橋qiao中zhong的de晶jing體ti管guan來lai驅qu動dong電dian機ji。三san個ge霍huo爾er效xiao應ying傳chuan感gan器qi的de輸shu出chu一yi般ban標biao記ji為wei U、V 和 W 通道。遺憾的是
，這種位置反饋法有一些缺點。雖然霍爾效應傳感器的 BOM 成本很低，但將這些傳感器集成到 BLDC 中zhong的de成cheng本ben可ke能neng是shi電dian機ji總zong成cheng本ben的de兩liang倍bei。此ci外wai

，控kong製zhi器qi隻zhi能neng從cong霍huo爾er效xiao應ying傳chuan感gan器qi獲huo得de電dian機ji位wei置zhi的de部bu分fen信xin息xi，這zhe在zai需xu要yao精jing確que位wei置zhi反fan饋kui才cai能neng正zheng常chang運yun行xing的de係xi統tong中zhong會hui造zao成cheng問wen題ti。

編碼器可提供更高的精度

在(zai)當(dang)今(jin)世(shi)界(jie)，需(xu)要(yao)無(wu)刷(shua)直(zhi)流(liu)電(dian)動(dong)機(ji)的(de)係(xi)統(tong)對(dui)位(wei)置(zhi)測(ce)量(liang)精(jing)度(du)的(de)要(yao)求(qiu)遠(yuan)遠(yuan)高(gao)於(yu)以(yi)往(wang)。為(wei)此(ci)，除(chu)了(le)霍(huo)爾(er)效(xiao)應(ying)傳(chuan)感(gan)器(qi)外(wai)
，可(ke)將(jiang)增(zeng)量(liang)編(bian)碼(ma)器(qi)可(ke)與(yu)無(wu)刷(shua)直(zhi)流(liu)電(dian)機(ji)配(pei)對(dui)使(shi)用(yong)。這(zhe)就(jiu)給(gei)出(chu)了(le)一(yi)個(ge)具(ju)有(you)改(gai)進(jin)型(xing)位(wei)置(zhi)反(fan)饋(kui)的(de)係(xi)統(tong)，但(dan)現(xian)在(zai)需(xu)要(yao)電(dian)機(ji)製(zhi)造(zao)商(shang)在(zai)電(dian)機(ji)中(zhong)添(tian)加(jia)兩(liang)個(ge)霍(huo)爾(er)傳(chuan)感(gan)器(qi)
，以(yi)及(ji)在(zai)裝(zhuang)配(pei)後(hou)增(zeng)加(jia)一(yi)個(ge)增(zeng)量(liang)編(bian)碼(ma)器(qi)。更(geng)好(hao)的(de)選(xuan)擇(ze)是(shi)忽(hu)略(lve)霍(huo)爾(er)效(xiao)應(ying)傳(chuan)感(gan)器(qi)
，用(yong)換(huan)向(xiang)編(bian)碼(ma)器(qi)取(qu)代(dai)增(zeng)量(liang)編(bian)碼(ma)器(qi)。換(huan)向(xiang)編(bian)碼(ma)器(qi)具(ju)有(you)用(yong)於(yu)精(jing)確(que)位(wei)置(zhi)跟(gen)蹤(zong)的(de)增(zeng)量(liang)輸(shu)出(chu)，以(yi)及(ji)與(yu)電(dian)機(ji)的(de)特(te)定(ding)磁(ci)極(ji)配(pei)置(zhi)相(xiang)匹(pi)配(pei)的(de)換(huan)向(xiang)輸(shu)出(chu)
，這(zhe)類(lei)器(qi)件(jian)如(ru) CUI Devices 的 AMT31 或 AMT33 係列器件。CUI Devices 的換向編碼器是數字式器件，可以對這些參數（包括極數

、分辨率和方向）進行編程。這樣，工程師就能靈活地進行原型開發和測試，減少多設計中的編碼器 SKU 數量。

對齊換向電機

當在電機上施加電流時，電機會旋轉，反之，當旋轉電機時，就會產生電流。如果旋轉無刷直流電動機，我們會看到 3 相的輸出與以下圖 2 所(suo)示(shi)類(lei)似(si)。為(wei)使(shi)換(huan)向(xiang)編(bian)碼(ma)器(qi)，甚(shen)至(zhi)霍(huo)爾(er)效(xiao)應(ying)傳(chuan)感(gan)器(qi)與(yu)無(wu)刷(shua)直(zhi)流(liu)電(dian)動(dong)機(ji)正(zheng)確(que)對(dui)齊(qi)，所(suo)產(chan)生(sheng)的(de)換(huan)向(xiang)波(bo)形(xing)應(ying)與(yu)反(fan)電(dian)動(dong)勢(shi)對(dui)齊(qi)。傳(chuan)統(tong)上(shang)，這(zhe)將(jiang)導(dao)致(zhi)一(yi)個(ge)反(fan)複(fu)過(guo)程(cheng)
，需(xu)要(yao)用(yong)第(di)二(er)台(tai)電(dian)機(ji)來(lai)驅(qu)動(dong)第(di)一(yi)台(tai)電(dian)機(ji)，並(bing)需(xu)要(yao)用(yong)示(shi)波(bo)器(qi)觀(guan)察(cha)波(bo)形(xing)。這(zhe)可(ke)能(neng)會(hui)耗(hao)費(fei)時(shi)間(jian)
，並(bing)增(zeng)加(jia)大(da)製(zhi)造(zao)成(cheng)本(ben)。

圖 2：換向輸出和電機相位（圖片來源：CUI Devices）

使用 AMT 容式編碼器幾乎能實現瞬時對齊，且隻需要一個電源。安裝編碼器後，用戶隻需向對應於 AMT bianmaqisuoxuqishiweizhidenaliangxianggongdian，bingfachuduiqimingling。zheyangzuo
，yonghujiuconggenbenshangshedinglebianmaqidehuanxiangboxinghedianjifandiandongshiboxingdeqishiweizhi。

除了易於對齊之外，AMT 編碼器的換向信號與電機磁極的對齊也更加精確。將換向編碼器對齊電機
，隻是設置了起始位置（即換向波形的起始位置）。如ru果guo操cao作zuo適shi當dang，換huan向xiang波bo形xing應ying與yu電dian機ji的de反fan電dian動dong勢shi波bo形xing完wan全quan匹pi配pei。然ran而er，這zhe總zong情qing況kuang並bing不bu是shi總zong能neng實shi現xian的de。使shi用yong霍huo爾er傳chuan感gan器qi或huo光guang學xue編bian碼ma器qi的de典dian型xing對dui齊qi範fan圍wei是shi在zai ±1 電度。另一方麵，AMT 編碼器可達到更高的精度，通常在 ±0.1 電度以內。AMT 編碼器的波形從 U 和 W 都是高電平時開始（上述波形中的第三個狀態）
；請谘詢電機製造商
，了解相應的反電動勢圖

，以確定在對齊過程中哪些相應該通電。

AMT 換向編碼器的方向設置

除了可編程極數和分辨率功能外
，AMT 係列還為換向應用提供了方向設置——這(zhe)是(shi)大(da)多(duo)數(shu)其(qi)他(ta)換(huan)向(xiang)編(bian)碼(ma)器(qi)製(zhi)造(zao)商(shang)沒(mei)有(you)提(ti)供(gong)的(de)獨(du)特(te)功(gong)能(neng)。簡(jian)單(dan)地(di)說(shuo)，通(tong)過(guo)方(fang)向(xiang)我(wo)們(men)能(neng)夠(gou)知(zhi)道(dao)編(bian)碼(ma)器(qi)的(de)軸(zhou)應(ying)該(gai)以(yi)何(he)種(zhong)方(fang)式(shi)旋(xuan)轉(zhuan)，以(yi)使(shi)換(huan)向(xiang)信(xin)號(hao)前(qian)移(yi)。通(tong)常(chang)情(qing)況(kuang)下(xia)，換(huan)向(xiang)編(bian)碼(ma)器(qi)安(an)裝(zhuang)在(zai)電(dian)機(ji)的(de)後(hou)軸(zhou)上(shang)。在(zai)這(zhe)種(zhong)情(qing)況(kuang)下(xia)，當(dang)電(dian)機(ji)逆(ni)時(shi)針(zhen)旋(xuan)轉(zhuan)時(shi)（從電機後部看），換向信號在其狀態中前移。然而，如果編碼器安裝在前軸上，就根本上把編碼器翻轉過來了
，現在當我們逆時針旋轉電機時（從電機後麵看），編碼器軸實際上是順時針旋轉的（從編碼器上自上而下看）。這意味著電機磁極與編碼器磁極的旋轉方向相反，如下圖 3 所示。至於其他不含這種可編程選項的技術，則需要對編碼器盤或 U、V、W 通道進行物理交換，以完成同樣的任務。對於利用多個具有不同方向要求的無刷直流電機的應用來說，這種可編程功能可能特別有用。

圖 3：換向波形與反電動勢方向相反（圖片來源：CUI Devices）

結語

BLDC 電dian機ji的de使shi用yong在zai持chi續xu增zeng長chang
，如ru果guo采cai用yong嚴yan格ge的de控kong製zhi回hui路lu和he高gao精jing度du位wei置zhi檢jian測ce反fan饋kui，這zhe類lei電dian機ji可ke在zai許xu多duo應ying用yong中zhong表biao現xian出chu色se。霍huo爾er效xiao應ying傳chuan感gan器qi得de益yi於yu其qi低di BOM 成本，多年來一直是首選解決方案
，但除了與增量編碼器配對使用外，霍爾傳感器往往無法提供完整的電機位置信息。不過，CUI Devices 的 AMT 換向編碼器提供了一種多合一解決方案
，完全不需要霍爾效應傳感器和增量編碼器。CUI Devices 的 AMT31 或 AMT33 換向編碼器以其靈活的可編程功能、簡單的安裝方式成為市場上最熱門的選擇。如本文所述，對於即將到來的 BLDC 電機項目來講，在我們基本上了解換向編碼器原理後，就能讓這類編碼器成為一種引人注目的選擇。