永磁同步电机初始转子位置检测技术的研究现状

大家好，我是张飞实战电子的赵云老师，今天给大家讲解永磁同步电机初始转子位置检测技术的研究现状。

一、概述

转子初始位置对电机的起动性能至关重要，不准确的转子位置轻则导致起动电流增大，重则导致转子出现反转甚至起动失败，因此对于无机械式位置传感器的永磁同步电机控制系统，准确的转子初始位置检测是必要的。根据检测过程中转子是否转动将初始位置检测方法分为两类：

1）转子产生转动的方法，如转子初始预定位法和低频旋转电压注入法等；

2）转子保持静止的方法，如电感参数矩阵法、系列等幅反向电压脉冲法、六组等宽电压脉冲法、旋转高频信号注入法、脉振高频信号注入法等。

二、转子初始预定位法

转子初始预定位法是在电机启动之前，直接在电机的定子绕组中作用一个幅值和方向恒定的电压矢量，并持续一定时间，该电压矢量会产生一个垂直方向的转矩分量，拖动转子旋转，直至转子永磁体的 N 极方向与该电压矢量方向一致，从而将转子直接定位到了指定位置。转子始预定位法的原理如图一所示，图中dq轴系代表实际转子位置，d^Vq^V轴系，当向定子通入合成电流矢量is时，它在实际交轴方向的分量isq所产生的转矩会拖动转子至d^V轴方向。该方法原理简单，实现方便，但是当施加的电压矢量方向与永磁体S极方向接近时，定子绕组产生的旋转力矩很小，很可能无法拖动转子旋转，使得检测误差在 180°附近。为解决该问题，可以在定子绕组中依次施加三个互差 120°的电压矢量，将转子逐步拖动到预期位置，该方法降低了电压矢量的幅值，同时也提高了预定位方法的可靠性。然而，这类方法存在以下不足：1）定位过程转子会发生转动，且转动方向不固定；2）电机带载时难以获得较准确的初始位置。

图一：转子初始预定位法的原理

三、低频旋转电压注入法

低频旋转电压注入法在定子绕组中叠加低频旋转电压矢量，该电压矢量产生的脉动转矩会迫使转子产生微动，转子微动导致了反电势的变化，进而影响了定子绕组中的电流响应，当注入电压的频率较低时，交轴电流响应的脉动规律与转速脉动规律基本一致，从交轴电流的相位中可检测出转子位置信息。该方法在检测过程中电机转子会在初始位置附近不停的震荡，降低了电机的使用寿命，也使其应用场合受到严重限制，并且检测结束后转子在惯性作用下随机停在任意位置，检测误差较大。有方法通过逐步削弱注入电压幅值的方式来循序降低转子的摆动幅度，最终减小停机误差。

四、电感参数矩阵法

电感参数矩阵法是一种基于电感辨识的转子初始位置间接检测方法。永磁同步电机电感矩阵中的参数与转子位置有关，有的方法是向定子绕组中通入两个线性无关的电压矢量，通过检测其对应的电流瞬态响应得到αβ轴电感参数矩阵，再根据该矩阵计算出转子初始位置。由于电感参数矩阵的准确性直接影响了该方法的检测精度，因此该方法对电流检测电路的精度要求较高。

五、系列等幅反向电压脉冲法

在永磁同步电机中，通入正负电压矢量会对磁场产生不同的去磁或增磁作用，进而产生不同的电流响应，该电流幅值的差异与转子位置有关，图二给出了转子在不同位置时电流差值与电压矢量之间的对应关系。有研究者利用该原理提出了一种系列等幅反向电压脉冲法来检测转子初始位置，首先在 0°到 360°电角度范围内，每隔一定角度向定子绕组中施加两个等幅、反向的电压矢量，记录两者对应的电流响应幅值的差异，该差异在 360°电角度周期内呈正弦规律分布，当电压矢量方向与永磁体 N 极同向时，该差异达到正向最大值；反之，该差异达到负向最大值，因此正向最大差异电流所对应的电压矢量角即为转子位置。该方法对电流检测精度要求较高，并且初始位置检测精度与电压矢量角度的细化程度相关，增加测试电压矢量的数目可提高检测精度，但也使得检测过程更加复杂，持续时间更长。

图二：转子在不同位置时电流差值与电压矢量之间的对应关系

六、六组等宽电压脉冲法

六组等宽电压脉冲法是系列等幅反向电压脉冲法的简化方案，它仅需在定子绕组中叠加六个互差 60°的等宽电压脉冲矢量，该脉冲矢量的施加方式如表一所示。该方法通过比较其电流响应的幅值，即可确定转子初始位置所在的扇区。显然该方法的检测精度为 60°，通常用于永磁体磁极方向的判断，并与其他方法配合获取准确的转子初始位置。

表一：六组等宽电压脉冲矢量施加方式

七、高频信号注入法

高频信号注入法是一类基于转子凸极跟踪的方法，适合零速和低速运行范围的转子位置检测，在这类方法中，将控制系统改为开环结构，即可用于初始位置检测，并且检测精度高，对参数变化的鲁棒性好，但存在的共同问题是位置检测误差会出现 0 rad或 π rad 两种情况，需进行磁极正方向判断。有研究者在采用脉振高频电压注入法获取转子初始位置之后，在估计的直轴方向通入正负等幅电压脉冲矢量，由于磁路饱和程度不同，其电流响应的衰减速度也有差异，比较两者电流衰减到零所持续的时间即可实现磁极正方向判断。该方法可获取准确的磁极正方向判断结果，但实施过程中需切换注入信号的类型，实现较为繁琐，且对电流检测电路的精度要求较高。有研究人员对脉振高频电压注入法实施过程中的直轴电流响应进行分析，指出磁路饱和效应会导致直轴电流的高频分量出现二次谐波，该谐波的相位可用于磁极正方向判断，该方法实施过程仅需注入高频信号，实现过程明显简化。还有研究人员通过分析脉振高频电流注入法在实施过程中直轴高频电压响应的谐波，也提出了类似的基于谐波相位检测的磁极正方向判断方法。

反电动势到底该如何来理解？

电机中的反电动势是如何产生的呢？要了解这个问题，我们需要回顾一下高中时学过的电磁学知识，在电磁学中我们学到过感应电动势，感应电动势又分为动生电动势和感生电动势两类。

动生电动势是一种由于导体在磁场中运动而在导体内部产生的电动势。感生电动势是一种由于磁场变化而静止导体中产生的一种电动势。

那么我们直流无刷电机中产生的反电动势属于感应电动势中的哪一类呢？因此我们就需要了解一下直流无刷电机的构造了。下图一是一个外转子直流无刷电机：

图一：外转子直流无刷电机示意图

那么从上图一中的电机组成来看，我们知道定子是线圈组成，也就是说导体是静止的，而转子由永磁体组成，永磁体是转动的，那么当永磁体转动时，对于线圈来说就是线圈的磁场发生了变化，因此对于这样构造的直流无刷电机来说，产生的感应电动势就是感生电动势。我们也可以知道，感生电动势的产生是转子永磁体对定子线圈的一个作用。

从上面我们知道，随着电机转子（永磁体）的转动，会感生出一个感生电动势，这个感生电动势的方向可以根据楞次定律（感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化）来进行判断。

图二：外加磁场靠近线圈，磁通量增加时感应电动势方向示意图

图三：外加磁场远离线圈，磁通量减小时感应电动势方向示意图

从上图二图三我们可以知道，当线圈磁通量增加，感应电流产生的磁场方向要阻碍磁通量的增加，当线圈磁通量减小时，感应电流产生的磁场方向要阻碍磁通量的减小。

那么这个感应电动势的方向跟线圈外加电压的方向是相反的，所以通常在电机中把这个感应电动势称为反电动势。这就是反电动势的来源。

通过以上分析，我们知道了转子是永磁体，定子是绕组线圈的直流无刷电机产生的感生电动势就是电机的反电动势，那么根据感生电动势E的公式：

由以上公式可以知道电机绕组中的反电动势的大小跟它的单位时间内的磁通量的变化量成正比。也就是说，在Δt固定的情况下，磁通量变化越大，那么反电动势就越大，反之磁通量变化越小，那么反电动势就越小。

我们知道磁通量的公式如下：

其中，B是磁感应强度，S是线圈平面面积，θ是线圈平面法线与磁感应强度B的夹角。

图四：坐标系及角度定义示意图

为了方便分析，我们假设坐标系及角度定义如上图四所示，从磁通量公式我们可以知道，定子绕组中的磁通量是按正弦规律变化的。

图五：转子与定子线圈通电示意图

在上图五中，转子永磁体磁力线方向与N方向一致，而线圈平面法线方向水平向右，如下图六所示：

图六：磁感应强度方向与线圈平面法线方向示意图

我们可以根据磁通量的公式知道，此时线圈磁通量为0。

图七：转子与定子线圈通电示意图

当转子转动到上图七所示的位置时，此时夹角θ为0，根据磁通量的公式可知，此时磁通量是最大的，因此对于一个固定的定子绕组来说，当转子转动一周，随着磁感应强度与线圈平面的夹角不同（也就是转子的位置角不同）那么磁通量的变化是按照正弦规律变化的。

图八：磁通量曲线示意图

从图八我们可以知道，在0度位置时，磁通量最大，但是磁通量的变化率最小为0（斜率为0），感应电动势为0，在90度时，磁通量为0，但是磁通量的变化率最大（斜率最大），感应电动势最大，在180度时，磁通量最大，磁通量的变化率又为0（斜率为0），感应电动势为0，在270度时，磁通量为0，但是磁通量的变化率最大（斜率反向最大），感应电动势最大。

也就是上式中为单位时间内的磁通量变化，这个变化在数学中可以用求导来表示，也即是上式我们可以写成为：

因此我们可以根据上式画出感应电动势（反电动势）的波形，如下图九所示：

图九：感应电动势波形示意图

那么以上就是对电机中的反电动势的一些理解，仅供大家参考，起个抛砖引玉的作用，希望大家可以利用以上分析，对反电动势的理解更加深入、更加透彻、更加清晰。本篇文章就给大家分享到这里，谢谢大家！

电机控制中矢量图的作用

一、前言

在电机驱动开发过程中，我们有的时候需要知道相电压与线电压之间的关系，也可能会需要知道相反电动势与线反电动势之间的关系等，那么为了能够直观的分析出这些矢量的关系（包括幅值关系、相位关系），我们就可以借助矢量图这个工具了。

利用矢量图，我们可以很容易根据矢量合成及矢量分解的法则来得出要分析的矢量之间的关系，就可以用几何加数学的方式找出合成矢量所处的位置或者合成矢量被分解之后的位置。我们甚至通过矢量图的关系分析之后，再根据反电动势跟转子位置的关系可以得出转子的位置。因此我们了解矢量图及其相关的法则就很有必要了。如下图一所示为三相坐标系的坐标图示意图：

图一：三相坐标系坐标示意图

二、矢量概念介绍

想要学会分析矢量图，我们需要有一些基础知识的铺垫，这里我们有必要简单介绍一下矢量的概念。矢量这个概念其实最早可以追溯到我们中学课堂里学过的向量，我们都知道，向量是一个既有大小又有方向的量，向量的运算不在遵循一般的四则运算法则，而是有专门的运算方式，下图二所示为我们中学向量的表示方式：

图二：向量的表示示意图

而矢量这个概念其实到大学课本才接触到，它的定义是，有的物理量，既要有数值大小，又要有方向才能确定完全确定。这些量不遵循一般的代数法则，而遵循特殊的运算法则。这样的量被称为物理矢量。其实向量这个概念在数学课本用得比较多，在物理课程中就有了另一个名字“矢量”。只不过在物理学中，会有很多物理量如力，它有大小和方向，电压，也有大小和方向，用来表示物理量的大小和方向就被称为了矢量，而数学只是研究某个有方向和大小的量的运算及表示形式，因此就把它称为了向量。所以，对于我们工程师来说，可以理解它们就是一个东西。

三、矢量的运算法则

矢量之间的运算要遵循特殊的法则。矢量的加法可以一般可以使用平行四边形法则，当然也可以推广到三角形法则或者正交分解法。矢量减法是矢量加法的逆运算，一个矢量减去另一个矢量，等于加上那个矢量的负矢量。

矢量也可以进行乘法运算，矢量和标量的乘积仍为矢量，矢量和矢量相乘，可以得到一个新的标量（只有大小，没有方向的量），这样得到的结果是标积；两个矢量相乘也可以得到一个新的矢量，把这样的乘法称为矢积。其实就对应着中学课本中学习的向量的内积和外积。

图三：矢量加法的平行四边形法则示意图

图四：矢量减法法则示意图

图五：矢量的正交分解法示意图

在电机控制中，基本上以上三种方式使用得比较多，其实在遇到减法得场合，都是转换为加法进行合成。

四、反电动势矢量合成

在电机控制系统中，我们可以基于定子三相绕组建立三相基本坐标系，在这个坐标系中可以进行矢量合成与分解的分析，从而可以知道反电动势之间的关系。

图六：反电动势矢量合成示意图

如上图六所示，我们知道了Ea及-Eb相反电动势的大小及方向，利用平行四边形的法则可以得出线反电动势的的大小及方向。在上图坐标系中，我们假设顺时针旋转为角度超前，从上图中可以得出先线电动势Eab超前相反电动势-Eb 30度，相反电动势Ea超前线反电动势Eab 30度。还可以根据三角形的关系将合成得到的线反电动势跟相反电动势的幅值关系求出来。

在SPWM及SVPWM算法中，我们就需要知道相电压跟线电压的关系，从而推导出两种算法的电压利用率问题，所以我们了解矢量图的合成与分解原理，就可以很方便的知道矢量的关系，也可以很好的分析出电压利用率的问题。下图七给大家展示了一幅完整的全坐标系内的反电动势合成矢量图：

图七：全坐标系内反电动势合成示意图

有了这幅图，大家可以很好的分析出各种情况下的相反电动势和线反电动势之间的关系。当我们需要推导三相电机六步换相的绕组通电顺序的时候，就可以根据霍尔信号与线反电动势之间的关系，推导出霍尔信号跟相反电动势的关系，从而确定出正确的通电顺序。

五、总结

通过这篇文章，只想跟大家分享矢量图在我们电机控制中的作用，文章中简单的列举了个别合成示意图，只是希望大家能够掌握这种方法，后期自己在电机控制开发过程中能够举一反三，利用好矢量图这个工具去分析自己遇到的情况，能够快速的得出矢量之间的关系，有助与项目开发的进度。

直流电机驱动PCB设计注意事项讲解

一、 项目名称：《直流电机驱动器设计》

二、 直流有刷电机驱动PCB设计注意事项讲解

大家好，经过前面文章的分享，原理图我们已经全部设计完毕了，接下来需要绘制PCB了，那么在绘制PCB之前，我们需要给原理图中各个元器件都添加上对应的封装，这样就可以将带有电气属性的各个元器件导入到绘制PCB的界面中了。

图1：项目原理图

我们将上图中的所有元器件都导入到PCB绘制文件中，可以看到下图所示的样子：

图2：网表导入

导入之后，就需要对元器件布局，再按照设置的规则进行布线，当布线全部完成之后，可以进行PCB的覆铜，覆铜结束之后可以添加泪滴，最后DRC检查下是否有违背电气规则的地方，整个PCB就绘制完毕了。

PCB绘制完毕之后，需要发给PCB加工厂家进行PCB板的制作，接下来是焊接、调试、测试等流程，直到整个项目功能完成。

那么，关于PCB绘制部分，就有如下流程可供大家参考：

① 网表导入

② 板框设置

③ 电气规则设置

④ 元器件布局

⑤ 布线

⑥ 覆铜

⑦ DRC规则检查

⑧ Gerber文件生成

⑨ 发板

那么，在以上9个部分的内容中，其实④⑤⑥这三部分是比较重要的，尤其是第④部分元器件布局，我们说好的布局能让后面的走线变得比较顺畅，能让整个PCB绘制变得事半功倍，所以布局在整个PCB绘制中是占了很高的比重的。

接下来我们就来谈谈布局的注意事项：

第一：输入和输出要分开。也就是说我们在布局的时候，要划分好输入和输出，在元器件摆放的时候，输入部分和输出部分的器件应该分开摆放，不要放在一个方向。比如说输入放在左边，那么输出可以放在右边，输入放在上边，输出可以放在下边，遵循这样的原则来进行布局。

图3：输入输出布局方向示意图

第二：高压和低压要分开。板子上的高压和低压需要进行分隔，不能混在一起，比如说当项目中的母线电压是310V的时候，然后单片机部分是3.3V，如果这两个电源不分开的话，那么就很容易出问题，导致单片机损坏。

图4：高压和低压划分示意图

第三：功率和信号要分开。就是功率部分和信号部分要分开，不要混在一起，如果混在一起的话，就会导致功率部分可能会将信号部分干扰，这样会导致控制逻辑出现混乱。

第四：需要考虑回路，回路尽量越短越好。这个布局原则需要结合原理图考虑，在摆放元器件的时候就要反复斟酌，回路是怎么走的？怎么摆放才能使回路路径是最短的？但是这个原则有时候往往又是比较难做到的，因为有时候回路虽然是最短的，但是走线又不好走了，所以只能是确保回路尽量最短。就好比我们电机驱动的功率部分，因为有功率管的开关，而开关的频率一般在几十KHz，如果回路的面积大的话，回路上可能会产生很多寄生参数，导致振荡的发生，也可一定程度上抑制EMI的产生。

以上就是布局的注意事项，大家在布局的时候需要遵循这几点来考虑。

接下来我们来看下走线的注意事项。

第一：走线尽量走钝角。大家要知道走线是流过电流的，那么电流大家可以跟河流的水流联系起来，如果水流正常情况下流动很顺畅，这时候突然来了一个大拐角，此时水流会在急弯处发生方向突变，这样的话就会引起振荡了，在拐角处就很容易溅起水花。同样的电流也一样，如果出现了锐角走线，那么也会有类似的效果。

图5：锐角走线示意图

第二：尽量少用过孔。其实我们在走线的时候，要尽量追求顺畅的，毕竟过孔他就是一个结点，一个结点的阻抗与走线的阻抗是不一样的，可能还存在更大的寄生参数，如果可以不用过孔，就不用了。

第三：过孔大小要统一。0.3/0.6 0.4/0.8 0.5/1.0 这种过孔比较常见，厂家在生产 PCB 的时候，如果你的过孔的型号越多啊，那么制作的时间肯定是越长的，我们尽量做到统一，如果过孔一个钻头钻到底，那么时间也节约了，板子也好看了，另外，过孔的大小啊，尽量是 0.3，0.4 类似于这样的大小。不要什么 0.31 0.32 这样的，板厂都没有这样的钻头，引来不必要的麻烦。

图6：过孔型号示意图

第四：走线尽量要顺畅美观。越顺越好，比如我们画一天时间也可以画，画一星期也是画，但是顺畅度和美观度肯定是不一样的，首先顺畅度是排首要，然后就是美观度，电流其实真的类比于水流，越顺越好，至于美观的画不用我说，都知道，在一家公司工作我们必须注意自己的个人品牌，不要被人说，谁谁画的板子，就是丑死了。

第五：尽量使用贴片封装。这个的话就是板子美观，然后板子加工成本更低，省钱。在 N 年前，大家都尽量用插件的，后来随着贴片机的普及，贴片价格的便宜，人工成本的上涨，都从插件往贴片过渡了，现在的人工成本很高的。

第六：线径大小要统一。比如说信号线，我们尽量都设置为一个规格，例如都设置为0.3mm。另外走大电流的线，不要突然变大或者突然变小。这样突变的话，就好比流水的渠道忽大忽小，就很容易水流的涟漪，对电流的话就是振荡，这样对EMI是很不好的。

图7：线径突变

第七：元器件的方向尽量要一致。打个比方啊，电解电容不是分正负极吗？如果朝向乱七八糟，各个方向都有，对于工人来说，当然是尽量插对啊，但是方向很乱各个方向都有的话，是不是有时候一不小心插错方向的可能性更大呢？另外一个方面就是，生产的时候，波峰焊的问题。

图8：元件朝向示意图

例如上图，我们推荐使用上图中的上面的摆放方式，这样生产出来的产品会更好。

最后，我们再说下地线，我们说地线其实是有分类的，并不能所有的地都铺成一个整体的平面，而是需要根据功率的不同进行划分。例如我们可以划分为总地和分地。总地的话，就是输入大电解电容的地，而其它芯片的地就是分地。其它分地之间的连接需要做好划分，最后再跟总地进行连接。

图9：地的连接示意图

大家看上图，H桥功率部分的地和下面单片机的地并没有全部铺在一块，而是在输入电解电容处进行了连接，这样呢功率部分电流即使较大，它并不会影响单片机部分，因为电容是一个储能元件，即使功率部分出现一点波动，经过电容之后也不会对后级造成影响。 就好比一个大的水库，我们往里面扔一个石子，几乎不会对水位造成什么影响，这里也是一个道理。

然后，大家还要注意，在走地线的时候不要出现环路。

好了，那么关于该项目的PCB设计注意事项就给大家分享到这里啊，关于更多详细的内容，大家可以观看我们F1D部分的系列视频，最后给大家贴一下这个项目的最终PCB和3D效果图。

图10：F1D PCB示意图

图11：F1D 3D示意图

好了，那么本次文章的分享就给大家分享到这里啊，感谢大家的观看，我们下次再见，谢谢大家！

无刷直流电机控制简介

一、概述

从简单的钻机到复杂的工业机器人，许多机器设备都使用无刷直流电机将电能转换为旋转运动。无刷直流电机也称为BLDC电机，相比有刷直流电机具备诸多优势。BLDC电机更高效，所需的维护更少，因而已在许多应用中取代了有刷电机。

图一：电磁场和永磁体磁场示意图

两类电机的运行原理相似，均由永磁体和电磁体的磁极吸引和排斥产生旋转运动。但这些电机的控制方式却大不相同。BLDC需要复杂的控制器才能将单个直流电源转换为三相电压，而有刷电机可以通过调节直流电压来控制。

图二：有刷电机和直流无刷电机对比

二、直流电机的类型

1、传统有刷直流电机

如下图所示，在有刷直流电机中，直流电流通过转子的线圈绕组，使电磁体产生极性。这些转子的磁极与固定永磁体（称为定子）的磁极相互作用，从而使转子旋转。

• 转子每转动半圈之后，需要切换线圈绕组中的电流极性，以对调转子磁极， 使电机保持旋转状态。

• 这种电流极性的切换被称为换相。

• 换相通过机械方式实现：转子旋转的每个半圈中，电触头（称为电刷）与转子上的换相器连成一个回路。

• 这种物理接触会导致电刷随着时间推移而磨损，从而导致电机无法工作。

图三：有刷电机工作原理示意图

2、无刷直流电机

BLDC电机采用电子换相来代替机械换相，克服了有刷电机的上述缺陷。为了更好地理解这一点，有必要进一步了解BLDC电机结构。BLDC 电机与有刷电机构造相反，其永磁体安装在转子中，而线圈绕组则成为定子。

图四：无刷直流电机工作原理示意图

电机的磁体布局不尽相同，定子可能具有不同数量的绕组，而转子可能具有多个极对，如下图所示。

图五：无刷直流电机极对数示意图

3、仿真 BLDC 电机以观察反电动势曲线

BLDC 电机和 PMSM的结构类似，其永磁体均置于转子，并被定义为同步电机。在同步电机中，转子与定子磁场同步，即转子的旋转速度与定子磁场相同。

它们的主要区别在于其反电动势（反 EMF）的形状。电机在旋转时充当发电机。也就是说，定子中产生感应电压，与电机的驱动电压反向。反电动势是电机的重要特征，因为其形状决定了对电机进行最优控制所需的算法。

BLDC电机的设计使其反电动势呈梯形，因此一般采用梯形换相控制。BLDC 梯形反电动势 采用梯形换相控制。

图六：无刷直流电机反电动势波形示意图

PMSM 的反电动势呈正弦波形，因此采用磁场定向控制。PMSM 正弦反电动势采用磁场定向控制

图七：PMSM反电动势波形示意图

在电机控制领域，PMSM 和 BLDC 这两个术语有时会被混用，这可能导致对其反电动势曲线的混淆。本文将 BLDC 电机严格限定为具有梯形反电动势的电机。

图八：BLDC电机仿真查看反电动势波形

图中使用Simulink仿真的是带开路端子的单极对BLDC，即线圈中没有电流通过。如果施加扭矩带动转子，电机将充当发电机。您可以测量 A 相电压随时间变化的情况，从而观察电机的反电动势形状。电压波形显示 BLDC电机的反电动势呈梯形，其中部分区域电压持平。

4、六步换相

为了更好地理解施加外部电压时 BLDC 电机的行为，我们将使用前面介绍的配置，其中转子由单极对组成，而定子由夹角为 120 度的三个线圈组成。让电流通过线圈，给线圈（此处称为 A 相、B 相和 C 相）通电。转子的北极用红色表示，南极用蓝色表示。

一开始，线圈没有通电，转子处于静止状态。在A相与C相之间施加电压（如下图所示），即会沿虚线产生复合磁场。这使转子开始旋转，从而与定子磁场对齐。

图九：定子磁场产生示意图（虚线）

线圈对共有六种通电方法，如下图所示。每次换相后，定子磁场相应旋转，从而带动转子，使之旋转至图示位置。在下图中，转子角度是相对于水平轴而言的，转子共有六种对齐方式，两两相差 60 度。

图十：线圈通电示意图

也就是说，如果每 60 度以正确的相位执行一次换相，电机将连续旋转，如下图所示。此类控制被称为六步换相或梯形控制。

图十一：六步换相（梯形控制）

此类电机可以包含更多极对，但这就要求更为频繁地换相。为了在合适的时机以正确的相位执行电机换相，控制器需要时刻掌握转子的确切位置，对此通常使用霍尔传感器进行测量。

图十二：不同极对数的电机换相角度示意图

5、电机和扭矩产生

下图中箭头表示相对磁力，箭头粗细表示场强。相同磁极相互排斥，从而使转子逆时针旋转。同时，相反磁极相互吸引，从而在同一方向增加扭矩。

转子完成60度旋转后，发生下一次换相。

图十三：磁场作用示意图

将先前讨论的定子磁场叠加到上图中，可以很明显地看出，在这种换相方式中，转子从不对齐定子磁场（图中的黄色虚线），而是一直在追赶定子磁场。

图十四：定子磁场和转子磁场示意图

在BLDC电机中采用这种方式换相有两个原因。首先，如果允许转子和定子磁场完全对齐，此时产生的扭矩为零，这不利于旋转。其次，磁场夹角为90度时可产生最大扭矩。因此，目标是使该夹角接近90度。

图十五：转子磁场和定子磁场夹角示意图

但在BLDC电机中，采用六步换相无法让夹角始终保持90度，夹角将在60度和120度之间波动，如下图所示。 这是因为梯形控制的性质相对简单。磁场定向控制等更先进的方法可实现定子与转子磁场间90度夹角，以此产生更大的扭矩，该方法常用于之前提到的 PMSM 控制。