把握根底原理，关于从三相无刷直流（BLDC）电机中剥削更高功率、更平稳运动和更大扭矩至关重要。

  无刷直流电机（也常简称无刷电机或 BLDC 电机）大范围的运用于高可靠性、高性能运动操控场合。它不运用会发生粉尘并磨损的机械电刷，而是选用电子换向。无刷电机的长处是高扭矩输出、高转速以及无刷运转；但其主要缺陷是本钱高于有刷直流电机或步进电机。

  无刷电机大致上能够分为两大类：旋转式无刷电机与直线式无刷电机。旋转式电机还可进一步细分，主要按内转子 / 外转子结构，以及轴向磁通 / 径向磁通规划来区别。内转子无刷电机又分为内置永磁（IPM）型与表贴永磁型。终究，铁芯结构还可分为有槽无刷电机与无槽无刷电机。

  这些结构差异大多对电机操控办法影响不大，但会显着影响要害性能方针，包括扭矩分量比、运转平顺性、最大加速度与最高转速。

  图 1 经过两张图表比照了各类电机在两项要害性能方针上的体现：功率分量比与扭矩分量比。对特定运用而言，一般其间一项方针更为要害，而二者实践上互相相关，由于功率的界说便是扭矩乘以转速。

  图 1 展现了有刷直流电机、步进电机与无刷直流电机的扭矩分量比和功率分量比比照。

  了解电机内部工作方法与扭矩发生机理，是把握各类无刷电机操控技能的根底。图 2 为沿电机旋转轴调查并投影至 XY 平面的无刷电机转子与定子磁场示意图。

  扭矩由转子永磁体与定子绕组发生的磁场互相作用生成。定子各相绕组（图 2 中标为 A、B、C 相）各自发生磁场矢量，互相相差 120°，这些独立矢量被称为绕组电流空间矢量。

  由于共用同一铁芯，定子磁场的组成方向可视为三个绕组矢量之和，这一组成矢量称为定子电流空间矢量。

  图 2 中心的绿色磁体为转子，可看作一个简略的条形磁铁，具有 N 极与 S 极。依据定子绕组的驱动方法，发生的力可与转子磁场方向笔直，也可与之平行，这两种力别离称为交轴（Q）力与直轴（D）力。

  定子绕组发生的三个磁场怎么组成为单一的定子电流空间矢量？答案是：定子组成矢量的方向与幅值等于各相绕组电流空间矢量之和（图 3）。Ia、Ib、Ic 别离为 A、B、C 相绕组中电流发生的磁场。

  这三个互差 120° 的磁矢量因绕组电流不同而幅值各异。例如：Ia = 3.4 A，Ib = 1.0 A，Ic = 4.4 A。它们在 XY 平面内首尾相接，终究构成图 3 中绿色所示的定子组成磁矢量。

  当转子磁场与定子磁场夹角为 **90°（笔直）** 时，发生旋转的交轴（Q）力最大，不发生旋转的直轴（D）力为零。反之，若二者平行，则 Q 力为零，D 力最大。只要笔直的 Q 力能发生有用旋转扭矩，平行的 D 力仅会揉捏转子，不发生任何旋转扭矩。

  为取得最大扭矩，操控器会调整定子矢量视点，使其一直与转子磁场视点笔直。这一进程称为换向：操控器经过电机方位传感器获取转子方位信号，随转子旋转实时调整定子磁场视点。后续文章将具体解说换向相关内容。

  机械旋转一周对应定子磁场旋转一周的为南北极电机（一对 N/S 极），也称为一对极电机。机械一周对应两次电视点周期的为四极电机。无刷电机极数一般为 2、4、6、12 等偶数，极对数一直为极数的一半。

  全体而言：极数越高，扭矩越大，但最高转速越低。在其他条件相同的情况下，这是极数差异带来的主要性能影响。

  直线无刷电机结构怎么？图 4 比照了旋转电机与直线电机。直线无刷电机本质上便是 “打开” 的旋转电机，二者均有带线圈的定子和带永磁体的转子。

  注：在直线电机中 “转子” 这一叫法并不精确，由于它并不旋转，但现在行业界仍通用这一术语。

  从定子视点操控来看，直线电机与旋转无刷电机原理共同，均经过换向操控定子绕组矢量视点，以最大化有用 Q 力、最小化无效 D 力。

  直线无刷电机还有一种杆式结构：磁棒内置替换 N/S 极磁体作为转子，可动子（定子）沿杆运动（图 7）。

  不管哪种结构，直线无刷电机都适用于高可靠性、快速呼应的运用。尽管比滚珠丝杠、齿轮等旋转转直线执行器贵重得多，但其定位精度明显更高，由于机械转化组织不可避免会带来空隙与柔性变形，下降定位精度。

  推进直线无刷电机遍及的要素之一是高分辨率编码器本钱下降。正弦 / 余弦编码器、BiSS-C 串行编码器等新式编码器结合先进信号处理电路，可让直线渠道与 XY 渠道完成纳米级乃至皮米级定位分辨率。

  无刷电机归于多相器材，定子中多组线圈顺次通电以发生旋转。图 8 为三相无刷电机操控器的全体架构。

  图 8 为无刷操控办理体系的操控流程图，包括轨道生成、换向、电流操控与功率放大。

  轨道规划：可由操控器内部生成或运用互联网外部给定，运动轨道依运用而定，直接影响体系吞吐量与机械振动。

  方位 / 速度闭环：方位操控运用运用方位环，减小指令方位与实践方位差错；仅需速度操控的运用则运用速度环。二者输出均为方针电流指令，对应电机方针扭矩。

  换向：将总方针电流分配至三相绕组，不同换向方法取决于传感器类型、功率与平顺性要求。

  功率放大：向绕组施加电压指令。现代放大器多选用根据 PWM 的开关桥结构，功率高且易于操控；在对电磁搅扰（EMI）要求极低的场合，仍会运用线性功放。

  该架构存在多种变体：部分操控器不运用自动电流操控，非定位场合可彻底省掉方位传感器，即无传感器操控。