浅谈无刷电机结构与控制

什么是无刷电机？

首先我们需要了解无刷电机的结构。

我们先看一般直流电机的结构，以下是一个简略图.

外部保持不动的部分叫定子（stator），它含有两个或多个永磁极。而中间转动的部分是转子（rotor），转子由绕组（windings）组成并且与换向器（commutator）相连接。绕组使转子的磁极与定子的永磁极相反，异性磁极相互吸引，使转子运动，直至与定子的永磁极对齐。当转子刚好达到对齐位置时，电刷（brushes）移过换向器的连接处，激活下一组绕组，使电机继续运动。

那无刷（Brushless）电机又与之有何不同呢？顾名思义，无刷电机是没有电刷和换向器的电机，也可称作无换向器电机。无刷电机的转子为永磁体而定子由多个绕组组成。相当于是将传统直流电机的结构从内到外翻转。绕组被连接到控制电路，控制电路代替了换向器的作用，负责激活相应的合适的绕组。绕组按照旋转的方向被逐个激活，被激活的定子绕组的磁极吸引转子的磁极，在达到对齐位置时转换。

无刷直流电机可根据定子绕组的数量配置为单相、双相、三相。其中三相应用最广。

这张简略的对比图很好的展示了一般直流电机和无刷电机的结构差异。

它有什么优势？

那么无刷电机的优势何在呢？

首先，没有了电刷和换向器，传统直流电机被限制向高速大容量电机发展的几个因素，如换向火花、换向器的机械强度、电刷磨损等问题都通过改变换向条件的方法得到了很好的解决。没有滑动接触也就解决了换向火花的问题，使其能在易爆环境中使用。无刷的结构也提高了效率，电机本身没有励磁损耗和碳刷损耗，消除了多级减速耗，综合节电率可达20%~60%。

其二，可以低速大功率运行，可以省去减速机直接驱动大的负载；转矩特性优异，中、低速转矩性能好，启动转矩大，启动电流小；无级调速，调速范围广，过载能力强等。

再有，耐颠簸震动，噪音低，震动小，运转平滑，寿命长。

广泛应用

具备这些优势，使得无刷电机在生产生活中被广泛运用。

随着无刷电机生产设计和控制水平的提升，它被更加广泛地应用于各个领域。概括来说主要有三种用途：持续负载应用、可变负载应用、定位应用。

大到航空航天的机械臂控制、陀螺仪与舵机驱动，或是汽车工业领域中的油泵控制、电控制器、发动机控制等，小到日常生活中的吸尘器、搅拌机、电吹风机、摄像机和家用电风扇等其他家用电器，或是数码相机、激光打印机、复印机、传真机、录音机、LD影碟机和碎纸机等办公设备的驱动，都能看到无刷电机的身影。

还有一个不得不提的，近年来备受关注的应用是，无人机、飞行器领域。大疆无人机的成功使航拍系统普及到平常百姓家，人们也开始越来越关注这一新兴产业。

什么是电机控制？

电机控制是指，对电机的启动、加速、运转、减速及停止进行的控制。根据不同电机的类型及电机的使用场合有不同的要求及目的。

电机控制器（motor controller），即是用于控制电机的电子设备。对于一些高功率、高性能电机，对电机控制器的要求极高。针对不同电机的不同型号的电机控制器我们日后会一一介绍。

今天，针对我们的主题无刷电机，给大家介绍一款低电压三相无刷直流电机控制模块，来自ST公司的P-NUCLEO-IHM001套组。

这是一款基于X-NUCLEOIHM07M1和NUCLEO-F302R8的电机控制套组。

控制模块的主要任务是接受来自使用者的指令、数据资料来驱动电机。此套件的控制部分基于NUCLEO-F302R8板，它提供了所有用于执行合适的电机驱动控制算法的数字信号。

供能模块，X-NUCLEOIHM07M1是基于三相逆变器。供能模块的核心是嵌入于板上的STSPIN L6230，它包括了所有必需的电源、模拟元件。

详细信息请参考如下链接：

http://china.rs-online.com/web/p/power-management-development-kits/9064630/?searchTerm=P-NUCLEO-IHM001