51单片机新型无刷直流电机控制器的设计+源程序(4)
另外，相对于电机外转子和定子上的霍尔传感器的位置而言，只有优尔个静止点(三点对应N极磁场，三点对应S极磁场)，且每点相距60度。根据霍尔传感器的位置，控制器给电枢绕组加某一方向的电流，将产生一个作用于该导体的电磁力(由于同一
电枢绕组的两边是在不同的磁场中，且电流方向不同,因此受到电磁力的方向是一致的)，由于绕组线圈在定子上，故外转子受到了一个反作用力，即电磁力对外转子中心轴形成一个力矩，迫使外转子围绕中心轴线旋转。当外转子旋转了一定的角度，在齿轴线和下一个磁极轴线重合以前，切断电枢绕组中的电流，使外转子受惯性及转子本身磁场的作用继续朝同一方向(也就是下一静止点方向)转动。当转到静止点时，霍尔信号发生变化，控制器再立即给电枢绕组加另一方向的电流,此时对应的外转子的磁极也发生了变化，使外转子继续围绕中心轴线旋转。不断改变电枢绕组中电流方向称为换流，也可称为换相。而电枢绕组中没有电流的那段时间称为死区时间。
此外，为了控制电机的转速，只要控制流过电枢电流的大小和时间即可。
上述永磁无刷电机的优点如下，根据这种电机的结构及工作原理可以得出：
(1)电机工作时，所有电枢绕组始终同时流过电流(一般无刷直流电机的电枢绕组轮换流过电流)，而死区时间可调整到很短,可有效提高效率。
(2)控制电路简单，所用器件少。由于这种电机的特殊结构，位置传感器只需一只，而功率开关晶体管也只需两对(四只)。而且如果需要，电枢及外转子的磁极可成对增加，但所需位置传感器及功率开关晶体管无需增加。
(3)根据需要可方便地调速。
该新型无刷直流电机原理与上述相似，故由以上论述可知，该新型无刷直流电机性能优越，通过对其控制系统的设计，可使其在相应场合得到充分的应用，可提高工作生产的效率。
2.2. 控制器系统方案设计
本课题旨在设计该新型无刷直流电机的控制系统，主要内容包括新型电机接口研究、系统工作原理分析掌握、位置传感器选型及其应用、单片机硬件控制接口电路设计以及软件程序设计、大电流控制以及换向电路设计等[18~26]。
系统设计框图如下图2.3所示：
图2.3 系统设计框图
1、 微控制器
微控制器的主要功能是根据电动机旋转方向的要求和来自位置传感器的输出信号，将它们处理成功率控制单元的功率开关器件所要求的控制顺序[18]。
2、 位置传感器
位置传感器是区别于有刷直流电机的主要标志。检测主转子在运动过程中的位置，将转子磁钢磁极的位置信号转换成电信号，为逻辑开关电路提供正确的换相信息，以控制它们的导通与截止，使电动机电枢绕组中的电流随着转子位置的变化按次序换向，形成气隙中步进式的旋转磁场，控制永磁转子连续不断地旋转[22]。
常用的位置传感器主要有：利用电磁效应制成的电磁式位置传感器、利用光电效应制成的光电式位置传感器、利用霍尔效应和磁阻效应制成的磁敏式位置传感器以及正余弦旋转变压器和编码器等等，而其中又以前三种最为常见[27~29]。
电磁式位置传感器由于笨重复杂，在方波电机中己被淘汰；光电式位置传感器轻便可靠，抗干扰能力强，安装精度高，调整方便，应用较广；磁敏式位置传感器主要以霍尔位置传感器为主，霍尔式位置传感器主要分为非增量式和增量式两种，非增量式霍尔位置传感器应用范围较小，只适用在一些简单应用场合（如 120°三相三状态的无刷电机中），增量式霍尔位置传感器目前有比较成熟的IC 器件，具有体积小、简单可靠、安装灵活方便、易于实现机电一体化等优点，是目前应用最为广泛的位置传感器[30~33]。