直流無(wú)刷電機(jī)換向方法：霍爾效應(yīng)傳感器、編碼器或旋轉(zhuǎn)變壓器
直流無(wú)刷電機(jī)（簡(jiǎn)稱 BLDC電機(jī)）是一種采用直流電源并通過(guò)外部電機(jī)控制器控制實(shí)現(xiàn)電子換向的電機(jī)。
在深入探索 BLDC電機(jī)反饋選項(xiàng)之前，先了解為什么需要它們至關(guān)重要。BLDC電機(jī)可配置為單相、兩相和三相；其中最常用的配置為三相。相數(shù)與定子繞組數(shù)相匹配，而轉(zhuǎn)子磁極數(shù)根據(jù)應(yīng)用需求的不同可以是任意數(shù)量。 因?yàn)?/span> BLDC 電機(jī)的轉(zhuǎn)子受旋轉(zhuǎn)的定子磁極影響，所以須追蹤定子磁極位置，以有效驅(qū)動(dòng)三個(gè)電機(jī)相。 為此，需使用電機(jī)控制器在三個(gè)電機(jī)相上生成六步換向模式。 這六步（或換向相）移動(dòng)電磁場(chǎng)，進(jìn)而使轉(zhuǎn)子永磁體移動(dòng)電機(jī)軸。
通過(guò)采用這種標(biāo)準(zhǔn)直流無(wú)刷電機(jī)換向序列，無(wú)刷電機(jī)控制器即可利用高頻率脈寬調(diào)制 (PWM) 信號(hào)，有效降低電機(jī)承受的平均電壓，從而改變電機(jī)速度。 除此之外，這種設(shè)置通過(guò)讓一個(gè)電壓源用于各種各樣的電機(jī)，大大提升了設(shè)計(jì)靈活性，即使直流電壓源大大高出電機(jī)額定電壓的情況也不例外。 為了讓此系統(tǒng)保持相對(duì)于有刷技術(shù)的效率優(yōu)勢(shì)，在直流無(wú)刷電機(jī)和控制器之間需要安裝非常嚴(yán)格的控制回路。 反饋技術(shù)的重要性就體現(xiàn)在這里；控制器要能保持對(duì)電機(jī)的精確控制，它必須始終掌握定子相對(duì)于轉(zhuǎn)子的確切位置。預(yù)期和實(shí)際位置出現(xiàn)任何非對(duì)準(zhǔn)或相移可能會(huì)導(dǎo)致意想不到的情況及性能下降。針對(duì)直流無(wú)刷電機(jī)換向可采用許多方式來(lái)實(shí)現(xiàn)這種反饋，不過(guò)最常見(jiàn)的方式是使用霍爾效應(yīng)傳感器、編碼器或旋轉(zhuǎn)變壓器。另外，某些應(yīng)用也會(huì)依靠無(wú)傳感器換向技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)反饋。
位置反饋
自直流無(wú)刷電機(jī)誕生以來(lái)，霍爾效應(yīng)傳感器一直是實(shí)現(xiàn)換向反饋的主力。 因三相控制僅需要三個(gè)傳感器且單位成本較低，所以單純從BOM成本角度來(lái)看，它們往往是實(shí)現(xiàn)換向最經(jīng)濟(jì)的選擇。電機(jī)定子中嵌入了檢測(cè)轉(zhuǎn)子位置的霍爾效應(yīng)傳感器，這樣就可以切換三相電橋中的晶體管來(lái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)。三個(gè)霍爾效應(yīng)傳感器輸出一般標(biāo)記為 U、V 和 W 通道。 雖然霍爾效應(yīng)傳感器能夠有效解決 BLDC 電機(jī)換向問(wèn)題，但它們僅僅滿足了 BLDC 系統(tǒng)一半所需。
雖然霍爾效應(yīng)傳感器能使控制器驅(qū)動(dòng)直流無(wú)刷電機(jī)，但遺憾的是，其控制僅限于速度和方向。 在三相電機(jī)中，霍爾效應(yīng)傳感器只能在每個(gè)電循環(huán)內(nèi)提供角度位置。 隨著磁極對(duì)數(shù)量的增加，每次機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)的電循環(huán)數(shù)量也增加，而且隨著 BLDC 的使用變得更加普及，對(duì)精確位置傳感的需求也由此增加。 為確保解決方案穩(wěn)健且完整，BLDC 系統(tǒng)應(yīng)提供實(shí)時(shí)位置信息，從而使得控制器不僅可以追蹤速度和方向，還可以追蹤行程距離和角度位置。
為滿足對(duì)更嚴(yán)格位置信息的需求，常用的解決方案是向直流無(wú)刷電機(jī)添加增量式旋轉(zhuǎn)編碼器。 通常，除霍爾效應(yīng)傳感器之外，還會(huì)在相同的控制反饋回路系統(tǒng)中添加增量編碼器。 其中霍爾效應(yīng)傳感器用于電機(jī)換向，而編碼器則用于更加精確地追蹤位置、旋轉(zhuǎn)、速度和方向。 由于霍爾效應(yīng)傳感器僅在每個(gè)霍爾狀態(tài)變化時(shí)提供新的位置信息，所以其精度只達(dá)到每一電力循環(huán)六個(gè)狀態(tài)；而對(duì)雙極電機(jī)而言，僅為每一機(jī)械循環(huán)六個(gè)狀態(tài)。 與能提供分辨率以數(shù)千 PPR（每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)）計(jì)的增量編碼器（可解碼為狀態(tài)變化次數(shù)的四倍）相比，兩者均需的必要性就顯而易見(jiàn)了。
