原题为“电动车直流无刷电机控制器的设计”，写完题目就后悔了，根本不是我能驾驭的。于是加了“一次”。


首先用我能组织的最简单的语言，讲讲直流无刷电机的原理。


无刷电机的转子为永久磁铁，定子为电磁铁。转子本身具有一磁场，通电后，定子也产生一磁场。同性相吸，异性相斥，当两个磁场互成90度时，产生最大转矩，推动转子转动。如果要保持这个转矩，让转动持续下去，就要时刻保持两磁场互相垂直，因此会采用一定手段测量转子磁场当前的所指的角度，并相应改变定子磁场的角度。
定子磁场角度的改变，是靠调节定子各个绕组的电流实现的。定子虽然不能移动，但是可以令各个绕组互成一定角度，利用矢量叠加原理，将多个单向的磁场合成一个在平面内可以旋转的磁场。
此处应有配图，但考虑到时至今日网络如此发达，在谷歌搜索一下“矢量磁场合成”即可获得大量演示图片，故省略。
无刷直流电机，属于交流电机的一种，由于其内部绕组电流变化与直流电机类似，故称为直流无刷电机。


综上所述，一个无刷电机控制器要完成如下任务：
1）测量转子磁场当前所指的角度。
2）调节各个定子绕组的电流，以合成与转子磁场互成90度的磁场，产生转矩。


市面上绝大多数电动自行车所采用的无刷电机，采用3相Y型联接的定子绕组，并采用霍尔开关元件作为角度反馈。


霍尔开关元件：固定在电机内，当转子磁铁经过此元件上方时，可根据磁铁极性的正负（南北），输出高或者低的逻辑电平信号。通过在电机内合适的位置安装这些元件，可以粗略地测量转子磁场目前所指的方向。目前商品电机采用3个霍尔开关，更详细信息请搜索“霍尔元件测量相位”。


定子电流：通常是通过调节施加在绕组上的电压来控制的。3相Y型联接的绕组有三条输入线，分别接到3个半桥的桥臂上。这样一来，加在某两条线之间的电压可以是正或者负的电源电压，而流过的电流的方向也就是可以改变的。
与其他交流电机不同，直流无刷电机在同一时刻只有两条线需要接电源，第三条线悬空。因此对于3个半桥，在同一时刻我们只控制其中两个半桥，而令第三个半桥上下管都关断，呈现高阻。当旋转过一定角度后，霍尔元件状态改变，绕组通电方向也应随即发生改变，这一过程称为换相。


此处应有配图，请搜索“三相桥 无刷”。


直流无刷电机的特点：和直流有刷电机一样，可以使用电压模式（PWM）控制，电压不变时转矩随速度增加而线性下降。
此外，由于霍尔元件输出数字逻辑信号，而三相桥驱动的输入也是数字逻辑型号，中间的控制电路就是数字逻辑电路，因此其组成可以非常简单，使用74逻辑IC即可搭建，也有成品如MC33035等IC可以实现所需功能。这一切使得无刷电机得到大规模应用。关于输入和输出的逻辑关系，请搜索“无刷 换相表”。
CPU风扇就是无刷电机。


商品电动车控制器多使用微控制器（单片机）作为控制单元，因为相比其他分立数模电路而言，单片机可以以更低的成本处理更加复杂的输入，进行更复杂的逻辑与数学运算，产生更加复杂的输出，提供更多的功能。相对的，如果只是需要转动（例如CPU风扇），则控制电路可以极简。