何謂BLDC電機？
供給電力（電壓、電流）后，能夠進(jìn)行機械般的運動(dòng)的就是電機。電機有各式各樣的種類(lèi)，而“BLDC電機”具有很高的效率以及良好的操作性，可以廣泛用于各種用途上，并期待它所帶來(lái)的低耗電量。
電機是獲得能量設備的一種
當工程師想利用電氣、電子的機器在現實(shí)世界中做些什么時(shí)，他們會(huì )思考怎樣才能將電信號變?yōu)椤傲Α�？將電信號轉換為力的就是傳動(dòng)器，即電機�？梢詫㈦姍C視作“將電氣轉換為機械的力的元件”。
最基本的電機是 “DC電機（有刷電機）”。 在磁場(chǎng)中放置線(xiàn)圈，通過(guò)流動(dòng)的電流，線(xiàn)圈會(huì )被一側的磁極排斥，同時(shí)被另一側磁極所吸引，在這種作用下不斷旋轉。在旋轉過(guò)程中令通向線(xiàn)圈中的電流反向流動(dòng)，使其持續旋轉。電機中有個(gè)叫"換向器"的部分是靠"電刷"供電的，"電刷"的位置在"轉向器"上方，隨著(zhù)旋轉不斷移動(dòng)。通過(guò)改變電刷的位置，可使電流方向發(fā)生變化。換向器和電刷是DC電機的旋轉所不可或缺的結構（圖一）。
圖一：DC電機（有刷電機）的運轉示意圖。
換向器切換線(xiàn)圈中電流的流向，反轉磁極的方向，使其始終向右旋轉。電刷向與軸一同旋轉的換向器供電。
活躍于多個(gè)領(lǐng)域的電機
我們按電源種類(lèi)和轉動(dòng)原理對電機進(jìn)行了分類(lèi)（圖2）。讓我們來(lái)簡(jiǎn)單看看各類(lèi)電機的特點(diǎn)和用途吧。
圖2：電機的主要類(lèi)型
構造簡(jiǎn)單而又容易操控的DC電機（有刷電機）通常被用在家電產(chǎn)品的“光盤(pán)托盤(pán)的開(kāi)閉”等用途上�；蛴迷谄�(chē)的“電動(dòng)后視鏡的開(kāi)閉、方向控制”等用途上。雖然它既廉價(jià)又能用在多個(gè)領(lǐng)域上，但它也有缺陷。由于換向器會(huì )和電刷接觸，它的壽命很短，必須定期更換電刷或保修。
步進(jìn)電機會(huì )隨著(zhù)向其發(fā)出的電脈沖數旋轉。它的運動(dòng)量取決于向其發(fā)出的電脈沖數，因此適用于位置調整。在家庭中通常被用于“傳真機和打印機的送紙”等。由于傳真機的送紙步驟取決于規格（刻紋、細致度），因此隨著(zhù)電脈沖數旋轉的步進(jìn)電機非常便于使用。很容易解決信號一旦停止機器就會(huì )暫時(shí)停止的問(wèn)題。
旋轉數隨電源頻率變化的同步電機被用于“微波爐的旋轉桌”等用途上。電機組里有齒輪減速器，可以得到適合加熱食品的旋轉數。感應電機也受電源頻率的影響，但頻率和旋轉數不一致。以前這類(lèi)AC電機被用在風(fēng)扇或洗衣機上。
由此可見(jiàn)，各式各樣的電機活躍于多個(gè)領(lǐng)域。其中，BLDC電機（無(wú)刷電機）具有怎樣的特點(diǎn)才會(huì )用途如此之廣呢？
BLDC電機是如何旋轉的
BLDC電機中的“BL”意為“無(wú)刷”，就是DC電機（有刷電機）中的“電刷”沒(méi)有了。電刷在DC電機（有刷電機）里扮演的角色是通過(guò)換向器向轉子里的線(xiàn)圈通電。那么沒(méi)有電刷的BLDC電機是如何向轉子里的線(xiàn)圈通電的呢？原來(lái)BLDC電動(dòng)機電機采用永磁體來(lái)做轉子，轉子里是沒(méi)有線(xiàn)圈的。由于轉子里沒(méi)有線(xiàn)圈，所以不需要用于通電的換向器和電刷。取而代之的是作為定子的線(xiàn)圈（圖3）。
圖3：BLDC電機的運轉示意圖。BLDC電機將永磁體作為轉子。由于無(wú)需向轉子通電，因此不需要電刷和換向器。從外部對通向線(xiàn)圈的電進(jìn)行控制。
DC電機（有刷電機）中被固定的永磁體所制造出的磁場(chǎng)是不會(huì )動(dòng)的，通過(guò)控制線(xiàn)圈（轉子）在其內部產(chǎn)生的磁場(chǎng)來(lái)旋轉。要通過(guò)改變電壓來(lái)改變旋轉數。BLDC電機的轉子是永磁體，通過(guò)改變周?chē)木�(xiàn)圈所產(chǎn)生的磁場(chǎng)的方向使轉子旋轉。通過(guò)控制通向線(xiàn)圈的電流方向和大小來(lái)控制轉子的旋轉。
BLDC電機的優(yōu)點(diǎn)
BLDC電機的定子上有三個(gè)線(xiàn)圈，每個(gè)線(xiàn)圈有兩根電線(xiàn)，電機中共有六根引出線(xiàn)。實(shí)際上，由于是內部接線(xiàn)，通常只需要三根線(xiàn)，但還是比先前所說(shuō)的DC電機（有刷電機）要多出一根。純靠連接電池的正負極是不會(huì )動(dòng)的。至于如何運行BLDC電機將在本系列的第二回中進(jìn)行說(shuō)明。此次我們要關(guān)注的是BLDC電機的優(yōu)點(diǎn)。
BLDC電機的第一個(gè)特點(diǎn)是“高效率”�？梢钥刂扑幕匦Γㄅぞ兀┦冀K保持最大值。DC電機(有刷電機)的話(huà)，旋轉過(guò)程中最大扭矩只能保持一個(gè)瞬間，無(wú)法始終保持最大值。若DC電機（有刷電機）想要得到和BLDC電機一樣大的扭矩，只能加大它的磁鐵。這就是為什么小型BLDC電機也能發(fā)出強大力量的原因。
第二個(gè)特點(diǎn)是“良好的控制性”，與第一個(gè)有所關(guān)聯(lián)。BLDC電機可以絲毫不差的得到你所想要的扭矩、旋轉數等。BLDC電機可以精確地反饋目標旋轉數、扭矩等。通過(guò)精確的控制可以抑制電機的發(fā)熱和電力的消耗。若是電池驅動(dòng)，則能通過(guò)周密的控制，延長(cháng)驅動(dòng)時(shí)間。
除此之外還有耐用，電氣噪音小等特點(diǎn)。上述兩點(diǎn)是無(wú)電刷所帶來(lái)的優(yōu)勢。而DC電機（有刷電機）由于電刷和換向器之間的接觸，長(cháng)時(shí)間使用會(huì )有損耗。接觸的部分還會(huì )產(chǎn)生火花。尤其是換向器的縫隙碰到電刷時(shí)會(huì )出現巨大的火花和噪音。若不希望使用過(guò)程中產(chǎn)生噪音，會(huì )考慮采用BLDC電機。
BLDC電機適用于這些方面
高效率、多樣操控、壽命長(cháng)的BLDC電機一般會(huì )用在哪些地方呢？往往被用于能夠發(fā)揮其高效率、壽命長(cháng)的特點(diǎn)，被連續使用的產(chǎn)品中。例如：家電。人們很早就開(kāi)始使用洗衣機和空調了。最近電風(fēng)扇中也開(kāi)始采用BLDC電機，并成功促使消耗電力大幅度下降。正是因為效率高才讓消耗電力下降的。
吸塵機中也采用了BLDC電機。在某個(gè)事例中，通過(guò)變更控制系統，實(shí)現了旋轉數的大幅度上升。這個(gè)事例體現了BLDC電機的良好控制性。
作為重要存儲介質(zhì)的硬盤(pán)，其旋轉部分也采用了BLDC電機。由于它是需要長(cháng)時(shí)間運轉的電機，因此耐用性很重要。當然，它還有極力抑制電力消耗的用途。這里的高效率也和電力的低消耗有關(guān)。
BLDC電機的用途還有很多
BLDC電機有望被應用在更廣泛的領(lǐng)域中。BLDC電機將會(huì )在小型機器人，尤其是在制造以外的領(lǐng)域提供服務(wù)的“服務(wù)機器人”中得到廣泛應用�！岸ㄎ粚τ跈C器人很重要，不是應該使用隨電脈沖數運行的步進(jìn)電機嗎？”或許會(huì )有人這么想。但是在力量控制方面，BLDC電機更合適。另外，若采用步進(jìn)電機，像機器人手腕這樣的構造要固定在某個(gè)位置需要提供相當大的電流。若是BLDC電機，則能配合外力只提供所需的電力，從而抑制電力的消耗。
還可用于運輸方面。一直以來(lái)，老年人電動(dòng)車(chē)或高爾夫球車(chē)中大多采用簡(jiǎn)單的DC電機，但最近都開(kāi)始采用具有良好控制性的高效率BLDC電機了�？梢酝ㄟ^(guò)細微的控制，延長(cháng)電池的持續時(shí)間。BLDC電機還適用于無(wú)人機中。尤其是多軸機架的無(wú)人機，由于它是通過(guò)改變螺旋槳的旋轉數來(lái)控制飛行姿態(tài)的，因此能夠精密控制旋轉的BLDC電機很有優(yōu)勢。
怎么樣？BLDC電機是效率高、控制性良好、壽命長(cháng)的優(yōu)質(zhì)電機。但是，要想將BLDC電機的力量發(fā)揮到極致，則需要正確的控制。該如何操作呢？讓我們期待下一回吧。 |
