上一期的芝識課堂，我們跟大家一起分析了無刷電機的四個功能單元，并詳細分析了PWM和逆變器單元的工作情況，今天我們繼續(xù)來熟悉無刷電機工作流程中另外兩個重要的部分——轉(zhuǎn)子位置檢測和波形驅(qū)動。

轉(zhuǎn)子位置檢測是電機控制和驅(qū)動過程中不可或缺的一環(huán)，是實現(xiàn)電機精確控制和穩(wěn)定運轉(zhuǎn)的關鍵，特別是對于需要高精度控制的電機系統(tǒng)，轉(zhuǎn)子位置檢測的精度和速度都至關重要。常用的無刷電機轉(zhuǎn)子位置檢測有兩種方式，即霍爾傳感器檢測和無傳感器檢測。

傳感器原理

霍爾傳感器的原理是檢測磁場并輸出與其大小成比例的模擬信號?；魻杺鞲衅鞯妮敵鐾ㄟ^比較器轉(zhuǎn)換為開關數(shù)字信號，然后作為無刷電機的轉(zhuǎn)子位置信號。采用高精度、昂貴的編碼器和解析器來檢測伺服電機的位置，以實現(xiàn)精確的位置控制。對于2極電機，通過在定子面對轉(zhuǎn)子磁極的位置上，以120度的間隔布置三個霍爾傳感器，從而達到每60度檢測一次轉(zhuǎn)子位置的目的，如圖1所示，霍爾傳感器不需要接觸就能檢測位置，所以具有很高的耐用性，但它對高溫敏感，所以并不適用于所有環(huán)境。

圖1 霍爾傳感器轉(zhuǎn)子位置檢測示意

由于超小型電機沒有空間用于安裝傳感器，或者對于追求性價比的電機來說，傳感器價格過于昂貴，因此轉(zhuǎn)子位置可以通過感應電壓來檢測。此種情況采集通過轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的電動勢（感應電壓）波形來確定位置。目前只有方波驅(qū)動可以通過感應電壓檢測轉(zhuǎn)子位置。U相、V相、W相中的一組線圈始終處于關閉狀態(tài)。通過檢測無激勵相線的電機驅(qū)動波形的幅度在變?yōu)?/2的點，轉(zhuǎn)子位置可以每60度指定一次，具體參考圖2所示的流程。值得注意的是，在停止狀態(tài)下，這種方法存在弊端。由于沒有產(chǎn)生電動勢，所以無法檢測到位置。

圖2通過感應電壓進行轉(zhuǎn)子位置檢測的詳細示意

感應電壓只適合方波驅(qū)動情況，方波驅(qū)動作為最簡單的驅(qū)動方法，根據(jù)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度，切換功率元件的開關狀態(tài)，然后改變定子線圈的電流方向，使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動一次，電流方向就會切換6次。電機驅(qū)動采用逆變電路，通過PWM控制電壓，如圖3所示。該方法與直流有刷電機的驅(qū)動原理相同，它是無傳感器電機使用最廣泛的驅(qū)動方法。

圖3方波驅(qū)動的位置信息與工作狀態(tài)示意

與之對應的就是正弦波驅(qū)動，根據(jù)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度，以正弦的形式連續(xù)改變定子線圈的電壓，從而使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。根據(jù)頻率的不同，電機的3相會有一定的“延遲”?？刂茣r，需要檢測轉(zhuǎn)子位置。通常，使用三個位置傳感器每隔60度檢測一次位置，實時估算轉(zhuǎn)子位置，并輸出與轉(zhuǎn)子位置相符的正弦波電壓。采用逆變電路驅(qū)動電機，通過PWM控制實現(xiàn)電壓的連續(xù)變化。與方波驅(qū)動相比，它的效率更高，產(chǎn)生的振動和噪音更小。

我們通過圖4來舉例展示方波驅(qū)動的過程，如果正弦波為1 Hz，那么“播放”這個正弦波需要一秒鐘。如果第二波偏移120度，那么該第二波將在第一波之后0.33秒正好開始，也就是完整時間的三分之一。第三波將再次開始偏移120度，即第一波開始后0.66秒。這是為了適時控制直流無刷電機的U、V、W相。根據(jù)3相的時間順序，電機將順時針或逆時針旋轉(zhuǎn)。

圖4正弦波驅(qū)動狀態(tài)示意

經(jīng)過這兩期芝識課堂的學習，我們一起熟悉了整個無刷電機系統(tǒng)的工作狀況和驅(qū)動細節(jié)，操控電機系統(tǒng)的知識已準備就緒，下一期的芝識課堂就將進入實戰(zhàn)動手環(huán)節(jié)，大家可以嘗試讓電機真正的轉(zhuǎn)起來了!