隨著全球工業自動化、智能化和人們生活水平的提高，電機在汽車、家用電器、電子音像、信息處理設備，以及工業自動化等領域的應用越來越廣泛。相對于電機200多年的歷史，無刷直流（BLDC）電機其實是相對來說比較年輕的，從發展至今也就50多年的歷史。但是隨著半導體技術的發展、MCU和驅動組件的普及，使得BLDC電機的總體成本降低了很多，因此，這幾年BLDC電機得到了快速發展，其總體成長率也高于電機的成長率。根據市場研究報告，2019年BLDC的市場規模約為163億美元，預計到2024年將會達到224.4億美元左右，未來幾年BLDC電機的年復合增長率將會是6.5%左右。

顧名思義，無刷直流電機沒有電刷觸點，需要使用電機位置傳感器來測量定子與轉子之間的相對位置，以確保定子線圈按正確順序通電。BLDC內含定子上的電磁鐵以及可動轉子上的永久磁鐵。用于無刷直流電機的電機有兩種：內轉子電機和外轉子電機。內轉子電機的轉子磁體位于定子的內部，外轉子電機的轉子磁體位于定子的外部。其基本原理是按順序激勵各相，從而拉動永磁體旋轉。下圖顯示了BLDC內轉子組件與外轉子組件。

內轉子(inrunner) vs.外轉子(outrunner)

當需要檢測轉子的位置和速度時，一般使用的四種傳感器是霍爾效應傳感器、AMR/GMR/TMR傳感器、增量和絕對值編碼器以及旋變器。霍爾效應傳感器的成本最低，也最易使用，通常內嵌在BLDC的定子中；AMR/GMR/TMR傳感器使用一個磁體，因為它安裝在BLDC的轉子上，所以可以檢測該磁體的運動；增量編碼器和絕對值編碼器直接安裝在轉子軸上，并使用一些外部電路對其進行檢測；旋變器也安裝在轉子軸上，在這些傳感器中，它的成本最高，但可以提供非常精確的反饋。

BLDC電機如何實現高精度控制？角度傳感器少不了

要實現電機的精確控制和高效換向，高分辨率電流和旋轉位置信息至關重要。一般而言，在基于旋變器的系統中，分辨率和精度可能非常高，但終端解決方案可能價格昂貴且體積較大，這是因為旋變器本身會占用較大的物理空間。無傳感器方案也可用于檢測反電動勢電流，而且還能降低傳感器重量和成本，但是電機啟動性能可能是個問題，因為這時不會產生反電動勢，因此就無法 得到可用的位置數據。其他解決方案，例如利用三個霍爾效應傳感器檢測電機磁體的位置，通常用于對成本敏感的應用中。這種情況下，要求的分辨率可以實現，但需要監控三個信號。此外，這些傳感器不是配套的，這可能會產生空間和安裝難題。

一種替代方案是使用基于異性磁阻(AMR)技術的角度傳感器，不僅可實現高角度精度，而且可將一個檢測元件和電子電路集成在同一封裝中。這可獲得非常小的傳感器子系統，并且能夠在電機總成內定位傳感器。ADI公司與MR技術的領導者——Sensitec GMBH——合作開發的AMR傳感器ADA4571，將高精度AMR傳感器和高性能儀表放大器集成在單個封裝中，在?40°C至+150°C的寬工作溫度范圍下進行的生產測試得到的最大角度誤差為0.5°，該產品具有內置診斷功能、大輸出電平、EMC保護以及低失調偏移，因此是非常理想的傳感器，它能夠實現高性能BLDC電機控制，而且速度超過25000 RPM。

業內精度、速率均領先的磁性角度傳感器ADA4571

ADA4571直接測量電機位置，可有效降低噪聲、優化平滑度和扭矩性能，有助于BLDC電機的設計師達到最加嚴格的環境、噪聲和能耗要求。這款傳感器經過汽車應用認證，集成一個定制型混合信號調理IC以及采用AMR技術的檢測元件，可在廣泛的電機應用中實現直接、非接觸式和無磨損的角度測量，包括電動輔助轉向、制動、主動式懸架、穩定性控制等汽車系統

BLDC電機中角度傳感器安裝示例

AMR檢測元件的布局決定著器件的最終性能。對于大部分BLDC控制系統，根據可用空間和電機軸安裝的便利性，傳感器的配置和安裝有許多選擇方式。下圖顯示了ADA4571的兩個配置示例。

BLDC系統與ADA4571 (a)軸端系統(b)軸側系統

典型的軸端配置包括一個安裝在旋轉軸上的直徑磁化盤式磁體，該磁體安裝在電機總成內部，如上圖(a)所示，該磁體可提供一個穿過傳感器平面的磁場。在此配置中，無需使機械和電氣組件接觸即可直接讀取轉子角度。由于AMR技術不依賴磁場強度，因此能夠耐受氣隙變化。不依賴磁場強度還可增大機械容差并使磁體材料的選擇簡單化。緊湊的軸端配置意味著傳感器可直接安裝在非常靠近電子控制裝置（微控制器、MOSFET）的印刷電路板(PCB)上，從而能夠最大限度減少信號路由并減小與惡劣電機環境的距離。

另一種可能的配置是上圖(b)所示的軸側系統。軸側配置可用于待檢測軸無法在端頭安裝磁體的應用。在此配置中，由磁極環提供激勵，傳感器和磁極環可安裝在軸上的任意位置。典型應用包括電動助力轉向泵或由于空間限制不能使用軸端的BLDC電機。

由于ADA4571能夠提供低延遲和精確的位置反饋信息，因此可對電機各相的電流進行精確控制，從而使電機對動態負載做出順暢響應，或在變化的條件下維持恒速。最終結果就是更好的控制、最大的扭矩、更高的啟動/停止效率，以及更佳的運行狀況。

總結

據統計，發達國家每個家庭平均擁有的電機數量是80到130臺，而我國大城市家庭平均擁有的電機數量大約在20到40臺之間，目前還遠低于發達國家的平均水平，因此，國內的電機產業還有很大的發展空間。此外，2019年國家相關政策將逐漸向綠色、智能家電產品傾斜，而這也正是BLDC最合適的應用領域。ADI的AMR傳感器集成了信號調理放大器和ADC驅動器，可提供非常低的角度誤差信號（通常在0.1度范圍內），同時具備可忽略的遲滯、高帶寬、低延遲和良好的線性度，這些特性能夠幫助減少轉矩波動和可聽到的噪聲，實現順暢、高效的BLDC電機控制。