直流無刷電機(jī)(Bruhle 3356 direct   current   motor, referred to a bruhle DC motor)由方波電流驅(qū)動(dòng)、可以將DC能量轉(zhuǎn)化為機(jī)械能(直流電動(dòng)機(jī)) 或?qū)C(jī)械能轉(zhuǎn)化為直流電能(直流發(fā)電機(jī))并且不包含碳刷，由定子組成、轉(zhuǎn)子和電機(jī)控制部分，由方波電流控制和驅(qū)動(dòng)，并控制逆變器功率管使其按規(guī)定的規(guī)律導(dǎo)通、當(dāng)電機(jī)斷開時(shí)，定子電樞會(huì)產(chǎn)生一個(gè)磁勢，以60°的電角度不斷前進(jìn)，帶動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)有兩種控制方法開環(huán)和閉環(huán)兩者最大的區(qū)別就是沒有碳刷，安全、無磨損和良好的調(diào)速性能，在電子數(shù)字、工業(yè)控制、醫(yī)療、它已廣泛應(yīng)用于汽車和其他領(lǐng)域。

無刷電機(jī)由轉(zhuǎn)子組成、定子和電機(jī)控制部分，其中轉(zhuǎn)子的主要部分是永磁體，定子包括線圈繞組和鐵芯，電機(jī)控制部分包括相位檢測、換向元件和無刷電機(jī)控制器。除了電子換向部分，DC無刷電機(jī)的結(jié)構(gòu)相對簡單。無刷DC電機(jī)是在永磁無刷DC電機(jī)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，具有機(jī)電一體化的特點(diǎn)。隨著電子控制技術(shù)的發(fā)展，DC無刷電機(jī)的控制電流波形已經(jīng)從方波發(fā)展到較為平滑的正弦波和同步控制，無刷電機(jī)的同步運(yùn)行也稱為同步電機(jī)。目前，DC無刷電機(jī)僅包含單一方波電流輸入，不涉及同步控制技術(shù)。與永磁DC無刷電機(jī)相比，DC無刷電機(jī)具有更高的功率密度、峰值效率、運(yùn)行壽命、可靠性、結(jié)構(gòu)魯棒性更強(qiáng)，但控制器的成本略遜一籌。

DC無刷電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)如右圖所示，主要由電機(jī)本體組成、內(nèi)置轉(zhuǎn)子位置傳感器和加在轉(zhuǎn)軸上的速度傳感器由三部分組成。

電動(dòng)機(jī)本體

電機(jī)本體由定子和轉(zhuǎn)子組成。

定子：定子部分是電機(jī)的電樞，上面有槽槽的數(shù)量取決于轉(zhuǎn)子的極數(shù)和相數(shù)，它們是極數(shù)和相數(shù)的整數(shù)倍。對稱的多相繞組纏繞在定子的鐵芯中(繞組的相數(shù)不固定，一般為三相或四相，也有兩相或五相)繞組可以星形或角形連接，每個(gè)相繞組分別與逆變器中的每個(gè)開關(guān)管連接。

轉(zhuǎn)子：轉(zhuǎn)子的主要部分是具有一定數(shù)量磁極的永磁體，由永磁材料制成，用于在電機(jī)的氣隙中建立具有一定強(qiáng)度的磁場。轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)可以采用凸極式或嵌入式，如下圖所示。

凸極式(外裝式)在轉(zhuǎn)子外表面貼一塊扇形永磁體，這就是凸極轉(zhuǎn)子它的主要優(yōu)點(diǎn)是電樞電感小，齒槽轉(zhuǎn)矩小，但也有一些缺點(diǎn)：氣隙磁通密度低、磁通不集中且易受電樞反應(yīng)的影響，因此凸極轉(zhuǎn)子常用于容量較小的低速電機(jī)。

內(nèi)嵌式(內(nèi)裝式)矩形永磁體嵌入轉(zhuǎn)子的鐵芯中，即嵌入式轉(zhuǎn)子與凸極轉(zhuǎn)子相比，它的主要優(yōu)點(diǎn)是氣隙磁通密度大、磁通集中，不易受電樞反應(yīng)的影響，但也有電樞電感大，齒槽轉(zhuǎn)矩大的缺點(diǎn)，所以在大容量的高速電機(jī)中常采用嵌入式轉(zhuǎn)子。

轉(zhuǎn)子位置傳感器

轉(zhuǎn)子位置傳感器的主要功能是檢測轉(zhuǎn)子磁極相對于定子電樞繞組軸線的位置，從而向逆變電路提供正確的換向信息電機(jī)控制器通過將轉(zhuǎn)子磁極的位置信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)并傳輸給電機(jī)控制器，根據(jù)獲得的位置信息控制定子繞組的換向，從而保證電機(jī)定子繞組中的電流根據(jù)轉(zhuǎn)子位置的變化有序換向，從而在電機(jī)氣隙中形成步進(jìn)旋轉(zhuǎn)磁場，驅(qū)動(dòng)永磁轉(zhuǎn)子連續(xù)旋轉(zhuǎn)。

無刷DC電機(jī)中常用的轉(zhuǎn)子位置傳感器主要包括霍爾位置傳感器、電磁位置傳感器、磁敏位置傳感器和光電位置傳感器。其中，霍爾位置傳感器結(jié)構(gòu)簡單、成本低、體積小不占空間、易于安裝、易于機(jī)電一體化等優(yōu)勢，占據(jù)著越來越大的市場。

轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速傳感器

為了通過速度和電流的雙閉環(huán)系統(tǒng)控制無刷電機(jī)，可以在轉(zhuǎn)子上安裝增量式光電脈沖編碼器，以獲得無刷電機(jī)中轉(zhuǎn)子的速度有 M 種測量轉(zhuǎn)子速度的方法、T法、M/T 方法和鎖相方法。

DC無刷電機(jī)由方波電流驅(qū)動(dòng)和控制在方波電流的作用下，逆變器功率管根據(jù)方波的高低而導(dǎo)通或關(guān)斷，使電機(jī)的定子電樞產(chǎn)生一個(gè)以60度電角度保持前進(jìn)的磁場，從而驅(qū)動(dòng)永磁轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。下圖顯示了方波控制電流和相應(yīng)的磁通密度分布、相反的電動(dòng)勢和電磁轉(zhuǎn)矩波形。

最常見的工作模式是三相橋六態(tài)工作模式，在360（電氣角）在一個(gè)電周期中，三相繞組有六種導(dǎo)通狀態(tài)，可分為六段。三相繞組的三端連接到由六個(gè)大功率開關(guān)器件組成的三相橋式逆變器的三個(gè)橋臂當(dāng)繞組以星形連接時(shí)，在任何時(shí)刻，三相繞組中必須只有兩個(gè)繞組串聯(lián)，其中一個(gè)正向?qū)ǎ硪粋€(gè)反向?qū)āＲ匀魏我幌嗬@組為例，它在一個(gè)電周期內(nèi)正向?qū)ā⒎聪驅(qū)ā⒉粚?dǎo)通的各占三分之一。

控制電路組成  

無刷DC電機(jī)的基本控制結(jié)構(gòu)框圖如下圖所示。無刷DC電機(jī)必須配備電子控制器以實(shí)現(xiàn)繞組的電子換向。無刷電機(jī)的控制電路包括電子換向電路、其中電子換向電路部分由換向信號(hào)處理電路組成、轉(zhuǎn)子位置傳感器電路和電源開關(guān)電路。

轉(zhuǎn)子位置傳感器電路：位置傳感器電路為包括光電傳感器在內(nèi)的位置傳感器提供激勵(lì)、霍爾傳感器為電磁傳感器提供穩(wěn)定的低壓DC電源和高頻交流激勵(lì)電源。

位置傳感器電路不僅接收位置傳感器的輸出信號(hào)，而且放大它、只有通過整形才能得到矩形波信號(hào)，并送到控制電路。對于無傳感器控制模式，需要單獨(dú)從電機(jī)獲得一些信息，并通過特定的電路和軟件計(jì)算并獲得轉(zhuǎn)子的位置信息。

換向信號(hào)處理電路：換向信號(hào)處理電路對位置傳感器信號(hào)和控制信號(hào)進(jìn)行綜合運(yùn)算和邏輯處理，以獲得每相繞組的導(dǎo)通順序和適當(dāng)導(dǎo)通角的邏輯信號(hào)，并將其提供給功率開關(guān)電路。

功率開關(guān)電路：電源開關(guān)電路由逆變器橋電路組成、功率開關(guān)的柵極（或基極、門極）驅(qū)動(dòng)電路、一個(gè)續(xù)流電路和一個(gè)吸收電路。通過電源開關(guān)裝置（如GTR、MOFET、IGBT或電源模塊）橋式逆變電路或非橋式開關(guān)電路與電機(jī)的三相繞組相連，以接通或斷開相繞組，實(shí)現(xiàn)各相繞組的正確換相并完成控制指令。絕大多數(shù)功率開關(guān)電路都工作在開關(guān)模式。只有在少數(shù)情況下的小功率無刷DC電機(jī)，其功率晶體管才處于放大工作狀態(tài)。

開環(huán)、閉環(huán)控制

無刷DC電機(jī)可以采用開環(huán)控制系統(tǒng)或閉環(huán)控制系統(tǒng)。

直流無刷電機(jī)

開環(huán)控制：開環(huán)控制系統(tǒng)相對簡單，僅通過轉(zhuǎn)子位置傳感器獲取轉(zhuǎn)子位置信息，從而保證轉(zhuǎn)子位置與電機(jī)同步。電機(jī)的速度和電流取決于電機(jī)和驅(qū)動(dòng)負(fù)載的機(jī)械特性。當(dāng)電壓或負(fù)載波動(dòng)時(shí)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速也會(huì)有一定程度的波動(dòng)，這無法通過控制保持穩(wěn)定。

閉環(huán)控制：常見的速度和電流雙閉環(huán)控制系統(tǒng)可以監(jiān)測轉(zhuǎn)子速度、利用相電流的反饋信息調(diào)節(jié)控制電流，可以獲得更好的控制效果和更完善的控制功能，實(shí)現(xiàn)一定程度的穩(wěn)速或調(diào)速控制。

該系統(tǒng)的工作原理：在外部，給定控制系統(tǒng)中電機(jī)的目標(biāo)速度，即系統(tǒng)的控制目標(biāo)轉(zhuǎn)子位置傳感器電路處理測得的轉(zhuǎn)子位置信息以獲得轉(zhuǎn)子的當(dāng)前速度目標(biāo)速度值和速度反饋值之間存在一定的差異，將兩者相減即可得到速度差PI可以通過速度調(diào)節(jié)器來實(shí)現(xiàn)（比例和積分）調(diào)節(jié)，以輸出電流回路的給定值（基于目標(biāo)速度的目標(biāo)電流）同樣，將其與電流傳感器獲得的電流反饋值進(jìn)行比較，以獲得電流差，然后由電流調(diào)節(jié)器進(jìn)行調(diào)整輸出調(diào)節(jié)信號(hào)在PWM電路中被轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的PWM脈沖寬度，然后轉(zhuǎn)子位置信號(hào)被合成以產(chǎn)生每相所需的PWM控制信號(hào)。PWM控制信號(hào)被發(fā)送到基座（或柵極、門極）驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)三相逆變橋電路使相應(yīng)的功率開關(guān)器件工作，并通過合適的PWM占空比驅(qū)動(dòng)電機(jī)繞組。

此外，速度電流雙閉環(huán)控制系統(tǒng)還將利用轉(zhuǎn)子位置反饋信息對電流傳感器信號(hào)進(jìn)行采樣，以形成代表電機(jī)扭矩的合成電流信號(hào)，并始終保持反電動(dòng)勢和相電流的相位一致。

雙閉環(huán)控制系統(tǒng)可確保電機(jī)處于電壓狀態(tài)、在負(fù)載變化或外部噪聲干擾的情況下，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)調(diào)整以使其速度始終與目標(biāo)速度保持一致。

電子數(shù)碼

無刷DC電機(jī)因其體積小功率密度高而廣泛應(yīng)用于日常辦公機(jī)器中（打印機(jī)、傳真機(jī)、復(fù)印機(jī)）和電子數(shù)字消費(fèi)品（硬盤驅(qū)動(dòng)器、軟盤驅(qū)動(dòng)器、電影攝影機(jī)、磁帶記錄儀）中。

工業(yè)控制領(lǐng)域

無刷DC電機(jī)的高效率、強(qiáng)大的過載能力，在牽引系統(tǒng)中表現(xiàn)出色，同時(shí)在紡織方面也表現(xiàn)出色、冶金、印刷、自動(dòng)化生產(chǎn)線、無刷DC電機(jī)用于工業(yè)生產(chǎn)，如數(shù)控機(jī)床。

醫(yī)療設(shè)備領(lǐng)域

無刷DC電機(jī)無機(jī)械換向器，采用全封閉結(jié)構(gòu)，可防止灰塵進(jìn)入電機(jī)，可靠性高。用于驅(qū)動(dòng)人工心臟中的小型血泵、用于外科高速儀器的高速離心機(jī)、無刷DC電機(jī)用于熱像儀和溫度計(jì)的紅外激光調(diào)制器。

汽車領(lǐng)域

隨著汽車工業(yè)向節(jié)能環(huán)保方向發(fā)展，新能源汽車用電機(jī)也必須滿足高效率、低能耗的標(biāo)準(zhǔn)。無刷DC電機(jī)的低噪聲、壽命長、無火花干擾、方便集中控制等優(yōu)點(diǎn)完全滿足汽車應(yīng)用要求除了用于驅(qū)動(dòng)電車的電機(jī)外，雨刮器中還使用了無刷DC電機(jī)、電動(dòng)車門、汽車空調(diào)、電動(dòng)窗和其他部件也有應(yīng)用。