无感无刷直流电机之
电调设计全攻略
无感无刷直流电机之电调设计全攻略 V0.01
前 言 ..............................................................................................................................................1
1. 无刷直流电机基础知识..............................................................................................................2
1.1 三个基本定则....................................................................................................................2
1. 左手定则......................................................................................................................2
2. 右手定则（安培定则一）..........................................................................................3
3. 右手螺旋定则（安培定则二）..................................................................................3
1.2 内转子无刷直流电机的工作原理....................................................................................3
1. 磁回路分析法.............................................................................................................4
2. 三相二极内转子电机结构..........................................................................................5
3. 三相多绕组多极内转子电机的结构..........................................................................7
1.3 外转子无刷直流电机的工作原理.....................................................................................8
1. 一般外转子无刷直流电机的结构..............................................................................8
2. 新西达 2212 外转子电机的结构................................................................................8
1.4 无刷直流电机转矩的理论分析......................................................................................14
1. 传统的无刷电机绕组结构........................................................................................14
2. 转子磁场的分布情况................................................................................................15
3. 转子的受力分析........................................................................................................16
4. 一种近似分析模型....................................................................................................18
1.5 换相与调速......................................................................................................................19
1. 换相基本原理............................................................................................................19
2. 新西达 2212 电机的换相分析..................................................................................24
3. 调速............................................................................................................................28
2. 无感无刷电调的驱动电路设计................................................................................................30
2.1 电池电压监测电路..........................................................................................................30
2.2 换相控制电路..................................................................................................................30
1. 六臂全桥驱动电路原理............................................................................................31
2. 功率场效应管的选择................................................................................................33
2.3 电流检测电路..................................................................................................................45
2.4 反电势过零检测电路......................................................................................................49
2.5 制作你自己的电调线路板..............................................................................................50
3. 无感无刷电调的软件设计........................................................................................................52
3.1 电流检测..........................................................................................................................52
3.2 定时器延时与PWM信号 ................................................................................................53
1. 定时器初始化............................................................................................................54
2. 定时器T0 的溢出中断服务程序 ..............................................................................54
3. 利用T0 延时（毫秒极） ..........................................................................................54
4. 利用T0 延时（微秒极） ..........................................................................................55
5. PWM信号的产生 .....................................................................................................55
3.3 过零事件检测与电机换相..............................................................................................56
1. BLMC.h中定义的宏 ................................................................................................56
2. 过零检测与换相代码分析.......................................................................................59
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3.4 启动算法..........................................................................................................................63
1. 函数Anwerfen启动流程分析....................................................................................63
2. 启动算法机理探究....................................................................................................65
3.5 上电时的MOSFET自检..................................................................................................68
1. 函数Delay和DelayM.................................................................................................68
2. 函数MotorTon自检流程分析....................................................................................68
3.6 让你的电机演奏音乐......................................................................................................70
3.7 通信模块..........................................................................................................................72
1. PPM解码.....................................................................................................................72
2. TWI总线通信 .............................................................................................................74
3. 串口通信....................................................................................................................74
4. 指令的收入函数SollwertErmittlung.........................................................................75
4. 德国MicroKopter项目BL-Ctrl电调程序主程序代码流程分析（V0.41 版本）....................77
5.1 全局变量列表..................................................................................................................78
5.2 main主函数流程分析.......................................................................................................80
1. 进入while(1)前的准备工作 ......................................................................................80
2. while(1)主循环内容分析 ...........................................................................................81
5. 高级话题 ...................................................................................................................................86
5.1 电机的控制模型..............................................................................................................86
5.2 四轴上的校正策略..........................................................................................................87
附录一 ............................................................................................................................................88
附录二 ............................................................................................................................................89
附录三 ............................................................................................................................................93
附录四 ............................................................................................................................................94
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前 言
关注开源四轴项目也有近一年了，前期都以潜水为主，业余时间主要是在啃那些控制和
导航的理论书籍。最近开始动手做了，打算先从电调开始，发现真要做起来问题还真是一大
堆。所幸有论坛这么好一个交流平台，很多问题其实前人都已经碰到过了，参考前人的经验，
让我少走了很多弯路。在此要感谢论坛各位前辈大侠和阿莫的 ourdev。:-)
前人种树、后人乘凉，既然受惠于前人，怎好意思独享，当然也应该帮助一下新入门的
开发者。由于四轴分论坛的帖子数量已经很多了，光搜一下无刷电机和电调也有近百来篇帖
子，次序和深浅程度不一，想要看完并完全理解这些帖子对新人来说不啻是一个艰巨的任务。
而且很多帖子的发帖时间都比较久远了，回帖提问也未必能得到原作者的回答。我写这篇文
档的目的，就在于做一个整理和汇编，把很多零散的、前人已解答过的问题分门别类整理出
来，并添加一些自己制作电调时的经验和总结。
在参考一些关于无刷电机驱动的书籍和帖子的时候，发现高手或是大师好像都比较惜字
如金，一些问题往往点到为止或者一笔带过，有些看似简单的问题会让像我这样的电调DIYer
困惑很久。所以在本文行文时，笔者力图把问题以大白话的形式说明白，如果各位有觉得哪
里看得不明不白的，可以回帖提出（时限一个月，呵呵），我会修改文档以试图将问题讲清
楚。如果有些问题我无法回答，我会老老实实跟你说我也没搞清楚，还要请高手来解惑啊。
如果发现我哪些内容讲错了，也请不吝指正。
最后还将附上德国 MK 项目电调代码（V0.41 版本）的全代码分析，这件事可能以前没
人做过吧，我就来揭晓一下答案好了^ ^。同时我也参照他的程序，自己写了一个可供 mega8
和 mega32 使用的电调驱动程序，将一些结构作了优化，所有变量名都从德语改成了英语，
添加了比较完备的中文注释，通讯规约也做了一些整理和改动，并附带上位机调试程序。也
希望大家能多多把自己的一些心得体会和经验拿出来，建立好一个基础的知识平台后，可以
让后来的开发者少走很多初期摸索的弯路，而专心于攻克我们未能解决的难点。衷心希望后
来的开发者能站在我们的肩膀上，走得比我们更远。
timegate 墨鸢
2010 年 7 月
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无感无刷直流电机之电调设计全攻略 V0.01
1. 无刷直流电机基础知识
关于无刷直流电机的驱动的基本原理，很多教材和文档都已经讲得很清楚了，特别是坛
上网友提供的：《无刷直流（BLDC）电机基础》（MicroChip 公司，编号 AN885）、《Brushless
DC Motors Made Easy》（Freescale 公司，编号 PZ104）和 Atmel 公司的编号为：AVR194、
AVR491、AV R49 2 的几篇文档，都写得很不错，深入浅出，很适合入门的初学者学习。稍
后我会给出它们的下载链接（见附录一）。
不过一上来就让读者自己去看文档，貌似不太厚道，那我这里还是辛苦一下，把各篇文
档的精华部分抽取出来，重新组织一下，给大家一个关于无刷电机的比较概要的认识。
1.1 三个基本定则
首先要搞清楚一件基本的事情：我们只是来搞电调的，而不是去设计电机的。所以不要
被一些无刷电机教材一上来那些林林总总的关于什么磁路、磁导率、气隙饱和、去磁曲线等
基础知识给吓倒，那些东西是给设计电机的人看的，对我们这种仅仅以弄出一个电调为目标
的人来讲，意义不大（不过你如果打算以此为职业的话，这些东西还是建议深入学习一下的）。
对于入门开发者来说，只需要记牢三个基本定则：左手定则，右手定则，右手螺旋定则。
1. 左手定则
位于磁场中的载流导体，会受到力的作用，力的
方向可按左手定则确定，如右图所示：伸开左手，使
大拇指和其余四指垂直，把手心面向 N 极，四指顺
着电流的方向，那么大拇指所指方向就是载流导体在
磁场中的受力方向。
力的大小为：
sinFBIL
θ
=
其中：B 为磁感应强度（单位 T），
I
为电流大小（单
位 A）， 为导体有效长度（单位 m）， 为力的大
L F
图 1-1 左手定则
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