電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/李誠(chéng)）無(wú)刷電機(jī)作為電機(jī)市場(chǎng)的新興力量，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、維護(hù)方便的產(chǎn)品特點(diǎn)，使其越來(lái)越受到消費(fèi)者的青睞，并逐漸取代傳統(tǒng)電機(jī)。例如，近年高速風(fēng)筒的爆火與無(wú)刷電機(jī)，就有著密切的聯(lián)系。

隨著原料價(jià)格下降，以及規(guī)模化生產(chǎn)效應(yīng)的影響，無(wú)刷電機(jī)成本也在不斷地下降，并在一些售價(jià)低廉的消費(fèi)類產(chǎn)品迅速普及。在電商平臺(tái)上，內(nèi)置無(wú)刷電機(jī)的電子產(chǎn)品琳瑯滿目，價(jià)格也從十幾元到上百元不等。為進(jìn)一步深究，近日筆者對(duì)一款從拼某某購(gòu)入的無(wú)刷電機(jī)小風(fēng)扇進(jìn)行了拆解，看看設(shè)備內(nèi)部都有啥？

無(wú)刷電機(jī)小風(fēng)扇外觀及拆解

外觀機(jī)構(gòu)方面，小風(fēng)扇可分為風(fēng)扇和電池倉(cāng)，上下兩個(gè)部分，機(jī)殼采用一體式設(shè)計(jì)，外立面均進(jìn)行了霧面處理。此外，電池倉(cāng)還可以充當(dāng)小風(fēng)扇的手柄，圓柱形設(shè)計(jì)還可以增加手掌和風(fēng)扇之間的接觸面積，從而提供更好的握持感和穩(wěn)定性。



小風(fēng)扇正面有一塊由數(shù)碼管構(gòu)成的顯示屏，可在設(shè)備通電狀態(tài)下顯示擋位及剩余電量信息。機(jī)身背面設(shè)有USB-C充電接口，底部是一塊防滑墊片。



在結(jié)構(gòu)件緊固方面，整臺(tái)小風(fēng)扇沒(méi)有使用任何螺絲，而且部件之間的連接處也沒(méi)有采用超聲波焊接等傳統(tǒng)工藝，而是僅僅通過(guò)膠水進(jìn)行粘接。雖然這種設(shè)計(jì)有利于提高設(shè)備在產(chǎn)線上的裝配效率，但它也會(huì)降低設(shè)備的抗摔能力，從而增加了設(shè)備意外損壞的風(fēng)險(xiǎn)。

只有兩根電源線的無(wú)刷電機(jī)

該小風(fēng)扇的電機(jī)結(jié)構(gòu)由PCB板、線圈定子、磁極轉(zhuǎn)子和扇葉四個(gè)部分組成。其中，磁極轉(zhuǎn)子固定在小風(fēng)扇的渦輪扇葉內(nèi)壁上，并與線圈定子相互配合。通過(guò)線圈與磁極的結(jié)構(gòu)可以確定，該風(fēng)扇所采用的是直流無(wú)刷電機(jī)。控制線圈電流的通斷可以啟停磁極，從而驅(qū)動(dòng)扇葉旋轉(zhuǎn)。另外，電機(jī)內(nèi)部的4個(gè)線圈被分成兩組。



有意思的是，這款由小風(fēng)扇拆出來(lái)的無(wú)刷電機(jī)底部PCB就只有兩根正、負(fù)極電源線和一顆4腳霍爾傳感器開關(guān)，并沒(méi)有信號(hào)控制線。那電機(jī)的線圈定子究竟是如何輪流導(dǎo)通，并驅(qū)動(dòng)磁極旋轉(zhuǎn)的呢？

由于所要實(shí)現(xiàn)的功能不同，風(fēng)扇處于工作狀態(tài)時(shí)只需要電機(jī)進(jìn)行單一方向的旋轉(zhuǎn)，不像其他電氣設(shè)備一樣，對(duì)電機(jī)有正、反轉(zhuǎn)的需求，因此小風(fēng)扇的電機(jī)控制會(huì)比其他電氣設(shè)備更加簡(jiǎn)單。



其次，驅(qū)動(dòng)磁極旋轉(zhuǎn)的關(guān)鍵就在PCB的霍爾傳感器開關(guān)上，從PCB布線可以看出，霍爾傳感器開關(guān)的1、4引腳分別與電源的正負(fù)極相連，2、3引腳分別連接兩組線圈（大致電路結(jié)構(gòu)如上圖所示）。



當(dāng)電流經(jīng)過(guò)霍爾傳感器開關(guān)流入線圈時(shí)，線圈會(huì)根據(jù)電流流入的方向?qū)Υ艠O轉(zhuǎn)子產(chǎn)生吸引或排斥力，從而帶動(dòng)扇葉旋轉(zhuǎn)。當(dāng)磁極轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)到一定角度時(shí)，霍爾傳感器會(huì)通過(guò)內(nèi)部的開關(guān)來(lái)控制線圈的電流流入，從而實(shí)現(xiàn)不同線圈組的輪流導(dǎo)通，使扇葉不停地旋轉(zhuǎn)。

無(wú)刷小風(fēng)扇主板=電源控制板

在功能結(jié)構(gòu)上，這款小風(fēng)扇的主板相當(dāng)于一塊電源控制板，其主要負(fù)責(zé)電池的充放電，以及電機(jī)的啟停和功率控制。



主板正面為電源管理單元，背面為電路控制單元。其中，電源管理單元包括電池充電、電池保護(hù)和功率控制三部分電路。電池充電管理芯片是來(lái)自富滿電子的TC4056A，可支持單節(jié)鋰電池恒定電流電壓線性充電。此外，芯片內(nèi)部采用PMOSFET架構(gòu)和防倒充電路，可實(shí)現(xiàn)開關(guān)隔離效果，減少了外圍電路隔離二極管的使用，滿足消費(fèi)電子電路小型化的設(shè)計(jì)需求。


位于電池接線端子旁的芯片為賽芯微的XB5353A二合一電池保護(hù)芯片，該芯片不僅封裝小，外圍電路也非常簡(jiǎn)單，只需要一顆外部電容，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)電池的多種保護(hù)，如過(guò)充、過(guò)溫、過(guò)放等，同時(shí)還具備電壓監(jiān)測(cè)功能。此外，XB5353A還能與主控芯片實(shí)時(shí)通信，將電池電壓變化信息反饋給主控芯片，從而推斷電池的剩余電量，并以數(shù)字形式在數(shù)碼管上顯示。



功率輸出電路由主板背面的主控芯片進(jìn)行控制，大致電路如上圖所示。當(dāng)按下?lián)跷豢刂瓢存I時(shí)，功率輸出電路開始工作，并且主控芯片會(huì)給電機(jī)回路上的三極管一個(gè)觸發(fā)信號(hào)，使電機(jī)回路導(dǎo)通，風(fēng)扇開始轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)再次按下控制按鍵時(shí)，主控芯片就會(huì)通過(guò)PWM控制功率輸出電路的占空比，調(diào)整功率輸出電路的輸出功率，以此實(shí)現(xiàn)風(fēng)扇檔位的切換控制。

結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)該款無(wú)刷電機(jī)小風(fēng)扇進(jìn)行拆解，發(fā)現(xiàn)它最大的亮點(diǎn)在于只采用了一顆霍爾開關(guān)即可實(shí)現(xiàn)電機(jī)換向控制，這種設(shè)計(jì)十分簡(jiǎn)潔高效，同時(shí)也為本就不貴的小風(fēng)扇，帶來(lái)了成本、可靠性和性能等多方優(yōu)勢(shì)。