電機在實際生活中應用十分廣泛，在家用中大家熟知的冰箱、洗衣機、空調(diào)，在辦公自動化方面的打印機、復印機、掃描儀等。在以前的電機應用中，交流感應電機占有最重要的地位和最廣泛的應用，它結構簡單，運行可靠，但是效率偏低，尤其是在家電行業(yè)使用的低功率電機。

進入21世紀，電機控制技術的進步以及環(huán)境保護的需求，促使永磁直流無刷電機控制技術逐漸成熟，無刷電機較有刷電機有更加廣泛的應用，能滿足更多操控性復雜產(chǎn)品的需求，廣泛應用于家電、工業(yè)控制，特點是高效率、操控性能優(yōu)良。

什么是無刷電機？

直流無刷電機與直流有刷電機，最大的區(qū)別在于電機換向機構的不同，從電刷換向機構轉變?yōu)?a target="_blank">半導體換向元件，將電刷與整流子置換為變頻器電路。由于半導體換向元件沒有機械磨損，和因機械磨損而產(chǎn)生的噪聲，大大增加了控制的靈活性，便于先進電機控制技術的發(fā)展和應用。它們兩者的結構如下圖所示。

無刷DC電機與永久磁鐵同步（PMSM）電機基本上具有相同的構造，無刷電機是一種采用永久磁鐵為轉子（旋轉）、線圈為定子（固定）的構造，切換線圈電流的流向與電機的旋轉相結合的電機。電機通過外部變頻器的控制，并于檢測出轉子旋轉位置的位置檢測電路，和變頻器配套使用。

直流無刷電機控制電路需要定位電機轉子的位置，從而精確的控制電機達到高效率、低噪聲、迅速響應的效果。位置檢測方法主要有下面幾種：

霍爾傳感器檢測

利用霍爾元件檢測由永久磁鐵制成的轉子的磁場變化來檢測轉子的位置，這種方法穩(wěn)定可靠，但精度較低。

感應電壓檢測

利用轉子旋轉產(chǎn)生的感應電壓的變化來檢測轉子的位置，這是檢測無傳感器由電機位置的方法之一，這種方法在電機停止的時候無法檢測電機轉子的位置。

電流檢測

電流檢測方法屬于軟件算法類，需要微處理器具有強大的運算能力。

無刷電機的結構原理

電機是通過磁場同極相斥、異極相吸的作用，進行旋轉。利用該作用，改變定子上纏繞線圈電流的流向，就改變了定子的磁場方向，從而驅動轉子（附帶永久磁鐵）進行旋轉。電機如果施加電壓，則會根據(jù)電壓的極性進行正轉或反轉，轉速與電壓成比例進行變化。

下圖是有刷直流電機和無刷直流電機的結構對比，有刷直流電機是帶永久磁鐵的定子、線圈轉子、電刷和整流子構成，利用整流子旋轉，改變流向線圈電流的方向，從而改變轉子的磁力方向，產(chǎn)生推動了，驅動轉子旋轉。

無刷直流電機則是利用變頻器控制電流，改變流向線圈電流的方向，從而改變定子的磁力方向，產(chǎn)生推動力，驅動轉子旋轉。

無刷電機除了上面的內(nèi)轉子型，還有很多種類。直流電機結構設計是復雜的機電一體化工程，本篇簡單介紹電機的實際結構。上面所用的直流電機，轉子是采用永磁體，極數(shù)是2的倍數(shù)，而如果是三相電機，定子的槽數(shù)就是3的倍數(shù)。比如，通常空調(diào)電機會采用12槽8極的電機，槽口極數(shù)越多，電機的磁鏈就越復雜。電機的極對數(shù)越多，運轉越平穩(wěn)。

無刷電機的驅動原理

一般而言，無刷電機是利用控制電路（微處理器）、微處理器程序、變頻器電路、電機、位置傳感器配套進行驅動。

什么是PWM？

電機是典型的電感性負載，而脈寬調(diào)制的控制方式能夠滿足電機驅動的控制需求。對應電機運行的不同速度需求，脈寬調(diào)制的頻率，一般選擇20KHz及以上，能夠回避人能夠聽到的極限頻率。對應不同電機的最高轉速從低到高，脈寬調(diào)制的頻率同樣需要從低到高的調(diào)整。

什么是變頻器？

變頻器是使用半導體器件的功率轉換裝置之一，將直流轉換為交流的裝置稱為DC-AC變頻器。一般來說，將交流變?yōu)橹绷鞯腁C-DC整流器，與DC-AC變頻器組合，轉換為任意頻率與電壓的電路稱為變頻器電路（變頻器）。

什么是驅動器？

直流電機的驅動器，從應用角度有很多種控制方式，但是基本的功率驅動部分變化不大。電機驅動器是指驅動電機的變頻器電路的半導體元器件，主要由功率電子元件和二極管構成的三相全橋電路，功率電子元件使用晶體管、FET、IGBT等元件。實際應用中，需要滿足電機工作和調(diào)速的要求，通常需要高耐壓、大電流。東芝有相應的單片集成功率電路，能夠適應小型電機的驅動需求。

矩形波驅動

矩形波驅動又叫方波驅動，流過電機的電流是類似梯形的波形，是一種最簡單的驅動方法，控制相對簡單，成本低。其根據(jù)轉子的旋轉角度切換功率電子元件的ON／OFF狀態(tài)，從而改變定子線圈的電流方向來驅動轉子旋轉。

方波驅動的換相角是120度，存在較大的轉矩波動，同時流過電機的電流有較大的尖峰及脈沖。因此，方波驅動的噪聲較正弦波驅動大，效率低。

正弦波驅動

正弦波驅動是一種根據(jù)轉子的旋轉角度，連續(xù)地將定子線圈的電壓轉換為正弦波來驅動轉子旋轉的方法，是現(xiàn)在主流的三相直流無刷電機驅動方式。

正弦波驅動與矩形波驅動相比，正弦波驅動不僅具有效率高，還具有低振動、低噪聲的有點。在控制方面需要檢測轉子的位置，實時地推測轉子位置，輸出符合轉子位置的正弦波電壓。

東芝電機驅動解決方案

東芝的正弦波驅動方案，是通過霍爾信號產(chǎn)生馬鞍形的調(diào)制波，控制驅動電路實現(xiàn)電機的正弦波電流，在家電行業(yè)廣泛應用，可提升電機整體效率，還有抑制噪聲。目前可用于對噪聲要求較高的應用中，如電風扇、空氣凈化器等方面有廣泛應用。

東芝的直流電機驅動方案廣泛應用于家電、辦公自動化、工業(yè)機器以及數(shù)字化便攜設備，在車載系統(tǒng)中也有廣泛使用。