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有刷直流电机篇一:无刷直流电机（BLDC）详解
1.2 无刷直流电机的工作原理
1.2.1 无刷直流电机的特点
直流电机主要有直流有刷电机和无刷直流电机两种。
1． 有刷直流电机
直流电机以良好的启动性能、调速性能等优点著称，其中属于直流电机一类的有刷直流电机采用机械换向器，使得驱动方法简单，其模型示意图如图 1.2 所示。
电机主要由永磁材料制造的定子、绕有线圈绕组的转子（电枢） 、换向器和电刷等构成。只要在电刷的A和B两端通入一定的直流电流， 电机的换向器就会自动改变电机转子的磁场方向，这样，直流电机的转子就会持续运转下去。
由些可见，换向器和电刷在直流电机中扮演着重要的角色，虽然它可以简化电机控制器的结构，但是，它自身却存在一定的缺点：
z 结构相对复杂，增加了制造成本；
z 容易被环境（如灰尘等）影响，降低了工作的可靠性；
z 换向时会产生火花，限制了使用范围；
z 容易损坏，增加了维护成本等。
2． 无刷直流电机
无刷直流电机（Brushless Direct Current Motor, BLDCM）的诞生，克服了有刷直流电机的先天性缺陷，以电子换向器取代了机械换向器，所以无刷直流电机既具有直流电机良好的调速性能等特点，又具有交流电机结构简单、无换向火花、运行可靠和易于维护等优点。
图 1.3 所示无刷直流电机模型，它是从图 1.2转化过来的模型。它主要由用永磁材料制造的转子、带有线圈绕组的定子和位置传感器（可有可无）组成。可见，它和直流电机有着很多共同点，定子和转子的结构差不多（原来的定子变为转子，转子变为定子） ，绕组的连线也基本相同。但是，结构上它们有一个明显的区别：无刷直流电机没有直流电机中的换向器和电刷，取而代之的是位置传感器。这样，电机结构就相对简单，降低了电机的制造和维护成本，但无刷直流电机不能自动换向 （相） ， 牺牲的代价是电机控制器成本的提高 （如同样是三相直流电机，有刷直流电机的驱动桥需要 4 只功率管，而无刷直流电机的驱动桥则需要 6 只功率管） 。
图 1.3 所示为其中一种小功率三相、星形连接、单副磁对极的无刷直流电机，它的定子在内，转子在外，结构和图 1.2 所示的直流电机很相似。另一种无刷直流电机的结构和这种刚刚相反，它的定子在外，转子在内，即定子是线圈绕组组成的机座，而转子用永磁材料制造。
无刷直流电机有以下的特点：
z 无刷直流电机的外特性好，能够在低速下输出大转矩，使得它可以提供大的起动转矩；
z 无刷直流电机的速度范围宽，任何速度下都可以全功率运行；
z 无刷直流电机的效率高、过载能力强，使得它在拖动系统中有出色的表现；
z 无刷直流电机的再生制动效果好，由于它的转子是永磁材料，制动时电机可以进入发
电机状态；
z 无刷直流电机的体积小，功率密度高；
z 无刷直流电机无机械换向器，采用全封闭式结构，可以防止尘土进入电机内部，可靠
性高；
z 无刷直流电机比异步电机的驱动控制简单。
1.2.2 无刷直流电机的工作原理
无刷直流电机的定子是线圈绕组电枢，转子是永磁体。如果只给电机通以固定的直流电流，则电机只能产生不变的磁场，电机不能转动起来，只有实时检测电机转子的位置，再根据转子的位置给电机的不同相通以对应的电流，使定子产生方向均匀变化的旋转磁场，电机才可以跟着磁场转动起来。
如图 1.4 所示为无刷直流电机的转动原理示意图，为了方便描述，电机定子的线圈中心抽头接电机电源 POWER，各相的端点接功率管，位置传感器导通时使功率管的 G极接 12V，功率管导通，对应的相线圈被通电。由于三个位置传感器随着转子的转动，会依次导通，使得对应的相线圈也依次通电，从而定子产生的磁场方向也不断地变化，电机转子也跟着转动起来，这就是无刷直流电机的基本转动原理——检测转子的位置，依次给各相通电，使定子产生的磁场的方向连续均匀地变化。
在下文介绍无刷直流电机的有位置传感器驱动的一节，将会进一步介绍无刷直流电机的转动原理。 为了方便理解，本文档以下内容统一用如图 1.5 所示的这两种符号作为模型简介，图 A为电机转子和定子在同一圆心上，图B 为不同一圆心上，是为了方便说明电机内部磁场。详细请看下文。
1.3 无刷直流电机的驱动方法
无刷直机电机的驱动方式按不同类别可分多种驱动方式，它们各有特点。
按驱动波形：
z 方波驱动，这种驱动方式实现方便，易于实现电机无位置传感器控制；
z 正弦驱动，这种驱动方式可以改善电机运行效果，使输出力矩均匀，但实现过程相对复杂。同时，这种方法又有 SPWM 和 SVPWM（空间矢量 PWM）两种方式，SVPWM的效果好于 SPWM。
有刷直流电机篇二:图解直流电机有刷和无刷的区分
我们常用的发动机是直流电机（马达），直流电机可以分有刷电机和无刷电机。
1、有刷直流电机
我们小时候很常见的大多是有刷电机。有刷电机最基本的组成部分除了定子（不转动的部分，固定着的）、转子（转动的部分，通过轴把动力输出）、电刷，有刷电机的名字因此而来。
看图知道，有刷电机的线圈部分是转动的，为了保证转的过程中线圈能导电和换向，要用电刷通过与绕组上的换向器（铜头）接触，让电机得以转动。但是由于高速转动时电刷会磨损，所以有刷电机需要在电刷用完之后，更换电刷。
不但电刷会磨损，换向器也会磨损，因此除了换电刷，还需要打磨铜头，让铜头保持光滑，并让电刷与铜头的接触面积最大化，达到最大的效率。所以有刷电机维护是挺麻烦的。
多轴飞行器上很少用有刷电机，但在一些很轻的小四轴上，有些用空心杯有刷电机。传统的电机转子是由线圈绕在铁芯上组成，而空心杯电机去掉了铁芯，转子由一个线圈编织成的笼子组成，这种优点是重量轻（少了铁芯）、转动惯量大幅降低而响应快（要转就转，要停就停）、能量转换效率在70%以上，（铁芯电机在15-50%）。但由于功率和转速太快等原因，空心杯电机现多用在一些很轻巧的四轴飞行器上。
1）有刷电机缺点：
a、电刷和换向器之间有摩擦，造成效率降低、噪音增加、容易发热，有刷电机的寿命要比无刷短几倍。
b、维护麻烦，需要不停的换电刷。
c、因为电阻大，效率低、输出功率少。
d、电刷和换向器摩擦会引起火花，干扰大。
2）有刷电机优点：
a、低速扭力性能优异、转矩大。
b、相比无刷电机，少了很多电子零件,价格比无刷的便宜。
c、由于少了电子零件，少了由于传感器受干扰、电子零件失灵等影响。
2、无刷直流电机
无刷电机顾名思义就是没有刷子，有刷电机是因为线圈是转的才被迫用刷子和换向器，来保证线圈通电和不停换向。而无刷电机线圈部分是不转的，转的是由磁铁部分组成的转子，所以就无需电刷了。
线圈固定了，那怎样才能产生变化的磁场呢？需要三组线圈加上无刷电调，通过不断改变线圈的电流方向来产生变化的磁场，从而驱动磁铁转子不停转动。无刷电机需要无刷的电调才能工作，而有刷电机把线接到电源正负极就可以转动了。
1）无刷电机缺点：
a、需要无刷电调一起才能工作，价格比有刷的要高。
b、可靠性受电子零件影响，或者传感器受到干扰电机会失效。
2）无刷电机优点：
a、没有电刷和转向器的摩擦，噪音低、振动少，发热少、寿命长。
b、不需要更换电刷，维护简单。
c、没有电刷产生的火花，干扰少。
d、转矩特性优异，中、低速转矩性能好，启动转矩大，启动电流小。
有刷直流电机篇三:有刷直流电机控制器模块和参考设计工具
Luminary Micro 推出支持 CAN 的 Stellaris(R) 有刷直流电机控制器模块和参考设计工具包 为 2009 FIRST
机器人竞赛设计的 MDL-BDC
2008年11月16日
20:20得克萨斯州奥斯汀, 2008年11月17日 /新华美通/ -- 基于ARM(R) Cortex(TM)-M3 的屡获殊荣的
Stellaris(R) 系列微控制器 (MCU) 开发商 Luminary Micro 今天宣布推出有刷直流电机控制器模块 (Brushed DC Motor
Controller Module, MDL-BDC) 和参考设计工具包 (RDK-BDC)。这款模块和相关的参考设计工具包于今年早些时候作为 2009
FIRST 机器人竞赛官方指定零部件工具包中的新一代电机调速控制器对外公布，目前已在全球推出。这款 MDL-BDC
模块同时以量产模块和一套完整的通用工装参考设计推出，可让原始设备制造商自主选择投产方式：(1)通过批量购买以及整合具有成本效益的 MDL-BDC
模块组件，或者(2)通过把完整的 MDL-BDC 软硬件设计文件和 RDK-BDC 参考设计工具包当作为客户量身订制的基于 Stellaris 的设计的基础。
Luminary Micro 首席营销官 Jean Anne Booth
表示：“我们的有刷直流电机控制器模块因能适应粗糙的高接触环境而在全球工业细分市场中受到了广泛欢迎。MDL-BDC 起初旨在满足 FIRST
机器人竞赛对可靠性和易用性的高要求，它体现了 Luminary Micro 独有的快速创造和交付基于 Stellaris
技术的新产品来帮助客户解决问题的能力。” MDL-BDC：随时通过定制化软件对有刷直流电机进行无噪声控制 MDL-BDC 以可高达 40 A的直流电为 12
V有刷直流电机提供多种调速。它提供了两种可选电机调速、一个符合行业标准的 R-C 伺服式 (PWM) 接口以及一个控制器局域网 (CAN) 接口。这个 CAN
通信接口提供了对电流、电压、速度和其它参数的实时监测，包括电机控制参数调谐在内的模块选项可配置性，以及负载模块固件的能力。该模块还包括一个可指示运行、趋势和故障状况的状态指示灯，以及众多控制选项和传感器接口（包括一个电机制动/惯性滑行选择器、正反限位开关输入、模拟输入以及正交编码器接口）。MDL-BDC
中的高频 PWM 使得直流电机能够在广泛的速度范围内安静且稳定地运转。该模块使用了经过高度优化的运动控制软件以及一个强大的32位 Stellaris
微控制器来执行多种运动控制算法，包括开环调速以及对速度、位置或电机电流的闭环控制。该模块被安全地封闭在工业塑料中，通过一个自带的温控风扇进行冷却。
MDL-BDC 由 Stellaris LM3S2616 微控制器提供动力，支持 CAN 并具有先进的运动控制性能。LM3S2616 微控制器强大的功能组合以及
ARM(R) Cortex(TM)-M3
内核高效稳定的性能使该模块能够在各种不同的消费和工业应用中使用，包括工厂自动化设备和系统、移动机器人、家电、泵和通风系统以及电动轮椅和移动设备。
RDK-BDC：有刷直流参考设计工具包在一个 CAN 网络内展示运动控制 为了表明 MDL-BDC 模块同时进行的电机控制和连通性能，RDK-BDC
参考设计工具包基于 EK-LM3S2965 CAN 评估板，配有一个万宝至 (Mabuchi) 12V 有刷直流电机以及一个单独的 CAN
控制台，体现了其通过集成 CAN 网络实时控制和监控 MDL-BDC 的能力。RDK-BDC
还包括连接该工具包中各个组件所需的所有电缆、一个通用的输入壁装电源、一个用于在 MDL-BDC 模块中调试用户代码修改的 JTAG
接口电缆以及一个包含所有文档资料和设计信息的 CD。 拥有一切：通过通用工装解决方案实现快速上市以及具有成本效益的量产 Stellaris MDL-BDC
以具有成本效益的量产价格点支持快速上市。Luminary Micro 通过使每个模块成为通用工装来支持批量应用：所有模块设计信息对外公开、免一次性工程费用
(NRE)、免使用费，可以在任何基于 Stellaris 的设计上使用和修改。可用的模具设计信息包括图表、物料清单 (BOM)、Gerber
文件、StellarisWare 软件源码以及文档资料。 定价与上市 支持 CAN 的 Stellaris 有刷直流电机控制模块可立即通过 Luminary
Micro 的全球销售渠道 ( http://www.LuminaryMicro.com/sales ) 购买，也可在线定购。 -- 支持 CAN 的
Stellaris 有刷直流电机控制模块 (MDL-BDC)，109美元（单价） (
http://www.LuminaryMicro.com/products/mdl-bdc.html ) -- 带有 CAN 参考设计工具包的
Stellaris有刷直流电机控制模块 (RDK-BDC)，219美元（单价） (
http://www.LuminaryMicro.com/products/rdk-bdc.html ) Luminary Micro 和 Stellaris
简介 Luminary Micro, Inc. 设计、推广和销售基于 ARM Cortex-M3 的微控制器。该公司总部位于得克萨斯州奥斯汀，是
Cortex-M3 处理器的主要合作伙伴，推出了全球首个硅执行 Cortex-M3 处理器。Luminary Micro 推出的获奖的 Stellaris(R)
系列产品以与当前8位和16位微控制器设计相同的价格提供了32位性能，为基于 ARM 技术的微控制器提供了1.00美元的入门级定价。Stellaris
混合信号微控制器具有一些针对能源、安防以及连接市场应用的特殊功能。凭借全球选择范围最广的 ARM 微控制器，Luminary Micro 的 Stellaris
系列实现了标准化，省去了未来架构升级或软件工具改动的必要。 Stellaris 和 Luminary Micro 图标是 Luminary Micro,
Inc. 或其子公司在美国及其他国家的注册商标，StellarisWare 是 Luminary Micro, Inc.
或其子公司在美国及其他国家的商标。所有其他品牌或产品名均为其各自所有者的财产。 消息来源 Luminary Micro, Inc.
