昊誠BLDC無刷直流電機特性原理與調速使用方法

目前的一種新型特種電機——無刷直流電機（BLDC），采用了這種結構：大體思路是通過控制線圈通電的順序，對向線圈分到一組，同時通電流，使之產生相同方向的磁場。以三相BLDC為例，該電機極對數為三，讓每對“磁極”分別按一定順序導通，達到相當于磁場轉起來的效果。中間的永磁體轉子在磁場作用下總是有保持磁場方向相同的運動趨勢，便會“跟隨”轉動的磁場轉動。不斷改變通電順序來達到使定子“轉”起來的目的。

直流電機是應用很早的電機。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*的結構。

圖一：DC電機（有刷電機）的運轉示意圖。

活躍于多個領域的電機，簡單看看各類電機的特點和用途。從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。

市場上，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。

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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。

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電機特點之一是“高效率”。可以控制它的回旋力（扭矩）始終保持大值。DC電機(有刷電機)的話，旋轉過程中大扭矩只能保持一個瞬間，無法始終保持大值。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。

BLDC電機特點之二是“良好的控制性”。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，耐用、電氣噪音小等特點。上述兩點是無電刷所帶來的優勢。

若不希望使用過程中產生噪音，會考慮采用BLDC電機。

適用于高效率、多樣操控、壽命長的BLDC電機一般會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。人們很早開始使用洗衣機和空調。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。“

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。

內轉子型BLDC電機是典型的BLDC電機的一種，為了轉動BLDC電機，必須控制線圈的電流方向及時機。BLDC電機中每隔120度放置一個線圈，總共放置三個線圈，控制通電相或線圈的電流

按電源種類和轉動原理對電機進行了類,來簡單看看各類電機的特點和用途

BLDC電機（無刷電機）具有以下特點：

> BLDC電機的旋轉

BLDC電機中的“BL”意為“無刷”，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。沒有電刷的BLDC電機是如何向轉子里的線圈通電的呢？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。

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。

> 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。

BLDC電機的第一個特點是“高效率”。可以控制它的回旋力（扭矩）始終保持大值。DC電機(有刷電機)的話，旋轉過程中大扭矩只能保持一個瞬間，無法始終保持大值。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。

>適用于高效率、多樣操控、壽命長的BLDC電機一般會用在能夠發揮其高效率、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。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。

將BLDC電機的力量發揮到優，則需要正確的控制。僅靠連接無法轉動，內轉子型BLDC電機是典型的BLDC電機的一種， BLDC電機的轉子上有永磁體，外側是線圈。BLCD電機的轉子沒有線圈，是永磁體，因此沒有必要在轉子上通電。實現了不帶通電用的電刷的“無刷型”。轉子是永磁體，因此無法通電。無需電刷及換向器，可謀求延長使用壽命

> 改變磁通量的方向

為了轉動BLDC電機，必須控制線圈的電流方向及時機。

> 使用正弦波控制，進行流暢的轉動

> 使用逆變器控制電機