何謂BLDC電機？
供給電力（電壓、電流）后，能夠進行機械般的運動的就是電機。電機有各式各樣的種類，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、電子的機器在現實世界中做些什么時，他們會思考怎樣才能將電信號變為“力”？將電信號轉換為力的就是傳動器，即電機。可以將電機視作“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）”。 在磁場中放置線圈，通過流動的電流，線圈會被一側的磁極排斥，同時被另一側磁極所吸引，在這種作用下不斷旋轉。在旋轉過程中令通向線圈中的電流反向流動，使其持續旋轉。電機中有個叫"換向器"的部分是靠"電刷"供電的，"電刷"的位置在"轉向器"上方，隨著旋轉不斷移動。通過改變電刷的位置，可使電流方向發生變化。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。
活躍于多個領域的電機
我們按電源種類和轉動原理對電機進行了分類（圖2）。讓我們來簡單看看各類電機的特點和用途吧。
圖2：電機的主要類型
構造簡單而又容易操控的DC電機（有刷電機）通常被用在家電產品的“光盤托盤的開閉”等用途上。或用在汽車的“電動后視鏡的開閉、方向控制”等用途上。雖然它既廉價又能用在多個領域上，但它也有缺陷。由于換向器會和電刷接觸，它的壽命很短，必須定期更換電刷或保修。
步進電機會隨著向其發出的電脈沖數旋轉。它的運動量取決于向其發出的電脈沖數，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），因此隨著電脈沖數旋轉的步進電機非常便于使用。很容易解決信號一旦停止機器就會暫時停止的問題。
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AC電機被用在風扇或洗衣機上。
由此可見，各式各樣的電機活躍于多個領域。其中，BLDC電機（無刷電機）具有怎樣的特點才會用途如此之廣呢？
BLDC電機是如何旋轉的
BLDC電機中的“BL”意為“無刷”，就是DC電機（有刷電機）中的“電刷”沒有了。電刷在DC電機（有刷電機）里扮演的角色是通過換向器向轉子里的線圈通電。那么沒有電刷的BLDC電機是如何向轉子里的線圈通電的呢？原來BLDC電動機電機采用永磁體來做轉子，轉子里是沒有線圈的。由于轉子里沒有線圈，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。由于無需向轉子通電，因此不需要電刷和換向器。從外部對通向線圈的電進行控制。
DC電機（有刷電機）中被固定的永磁體所制造出的磁場是不會動的，通過控制線圈（轉子）在其內部產生的磁場來旋轉。要通過改變電壓來改變旋轉數。BLDC電機的轉子是永磁體，通過改變周圍的線圈所產生的磁場的方向使轉子旋轉。通過控制通向線圈的電流方向和大小來控制轉子的旋轉。
BLDC電機的優點
BLDC電機的定子上有三個線圈，每個線圈有兩根電線，電機中共有六根引出線。實際上，由于是內部接線，通常只需要三根線，但還是比先前所說的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動的。至于如何運行BLDC電機將在本系列的第二回中進行說明。此次我們要關注的是BLDC電機的優點。
BLDC電機的第一個特點是“高效率”。可以控制它的回旋力（扭矩）始終保持最大值。DC電機(有刷電機)的話，旋轉過程中最大扭矩只能保持一個瞬間，無法始終保持最大值。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電機也能發出強大力量的原因。
第二個特點是“良好的控制性”，與第一個有所關聯。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。通過精確的控制可以抑制電機的發熱和電力的消耗。若是電池驅動，則能通過周密的控制，延長驅動時間。
除此之外還有耐用，電氣噪音小等特點。上述兩點是無電刷所帶來的優勢。而DC電機（有刷電機）由于電刷和換向器之間的接觸，長時間使用會有損耗。接觸的部分還會產生火花。尤其是換向器的縫隙碰到電刷時會出現巨大的火花和噪音。若不希望使用過程中產生噪音，會考慮采用BLDC電機。
BLDC電機適用于這些方面
高效率、多樣操控、壽命長的BLDC電機一般會用在哪些地方呢？往往被用于能夠發揮其高效率、壽命長的特點，被連續使用的產品中。例如：家電。人們很早就開始使用洗衣機和空調了。最近電風扇中也開始采用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。在某個事例中，通過變更控制系統，實現了旋轉數的大幅度上升。這個事例體現了BLDC電機的良好控制性。
作為重要存儲介質的硬盤，其旋轉部分也采用了BLDC電機。由于它是需要長時間運轉的電機，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。
BLDC電機的用途還有很多
BLDC電機有望被應用在更廣泛的領域中。BLDC電機將會在小型機器人，尤其是在制造以外的領域提供服務的“服務機器人”中得到廣泛應用。“定位對于機器人很重要，不是應該使用隨電脈沖數運行的步進電機嗎？”或許會有人這么想。但是在力量控制方面，BLDC電機更合適。另外，若采用步進電機，像機器人手腕這樣的構造要固定在某個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，老年人電動車或高爾夫球車中大多采用簡單的DC電機，但最近都開始采用具有良好控制性的高效率BLDC電機了。可以通過細微的控制，延長電池的持續時間。BLDC電機還適用于無人機中。尤其是多軸機架的無人機，由于它是通過改變螺旋槳的旋轉數來控制飛行姿態的，因此能夠精密控制旋轉的BLDC電機很有優勢。
怎么樣？BLDC電機是效率高、控制性良好、壽命長的優質電機。但是，要想將BLDC電機的力量發揮到極致，則需要正確的控制。該如何操作呢？讓我們期待下一回吧。 |
