在微型流体控制行业，无刷电机是主流设备的核心动力源，包括微型水泵、微型真空泵。小型电磁阀配合电机实现流量自动调节。最近，许多设备采购商都关注BLDC的性能；因此，我们推出连载科普文章，为大家揭秘这款高效电机的核心知识。
了解高效电机的原理和应用：电机将提供的电能转换为机械能。各种类型的电动机被广泛使用。其中，无刷直流电机（BLDC）效率高且具有出色的可控性，在许多应用中得到广泛应用。与其他类型电机相比，BLDC电机具有节能优势。
电动机是电力传输机器。
当工程师面临设计电气设备来执行机械任务的挑战时，他们可能会考虑如何将电信号转换为能量。因此，执行器和电机是将电信号转换为运动的设备之一。电机将电能转化为机械能。
最简单的电动机是无刷直流电动机。在这种类型的电机中，电流流过放置在固定磁场内的线圈。电流在线圈中产生磁场；当每个线圈被推离其自身的磁极并被拉向固定磁场的磁极时，这会导致线圈组件旋转。为了维持旋转，电流需要不断反转，导致线圈极性不断反转，导致线圈不断“追逐”相反磁场的极点。线圈的电源由接触旋转换向器的固定导电刷提供；换向器的旋转导致电流以相反方向流过线圈。换向器和电刷是有刷直流电机区别于其他电机的关键部件。
图 1 说明了有刷直流电机的一般原理。
图 1：有刷直流电机的运行。
固定电刷向旋转换向器提供电能。当换向器旋转时，它不断地反转流向线圈的电流方向，从而反转线圈的极性并保持它们向右旋转。换向器旋转是因为它连接到安装有线圈的转子。
常见电机类型
电机的电源类型（交流或直流）和产生旋转的方法不同（图 2）。下面，我们简单介绍一下每种类型的特点和应用。
图 2：不同类型的电机
有刷直流电机设计简单，易于控制，广泛用于打开和关闭磁盘托盘。在汽车中，它们通常用于缩回、伸出和定位电动侧窗。这些电机的低成本使其适合许多应用。但缺点是电刷和换向器由于持续接触而磨损相对较快，需要经常更换和定期维护。
步进电机采用脉冲驱动；对于接收到的每个脉冲，它都会旋转特定的角度（步长）。由于旋转过程完全由接收到的脉冲数量控制，因此这些电机广泛用于位置调节。它们通常用于控制传真机和打印机中的送纸过程，因为这些设备以固定步骤送纸，并且这些步骤很容易与脉冲计数相关联。暂停控制也很容易实现，当脉冲信号中断时，电机旋转立即停止。
当使用同步电机时，旋转与电源电流的频率同步。这些电机通常用于驱动微波炉中的旋转托盘；电机装置中的减速齿轮提供适当的转速来加热食物。感应电机，转速随频率变化，但运动是异步的。过去，这些电机通常用于电风扇和洗衣机。
常用的电机有多种类型；在本节中，我们将了解无刷直流电机的优点和应用。
BLDC 电机为何旋转？
顾名思义，无刷直流电机不使用电刷。在有刷电机中，电刷通过换向器将电流传输到转子上的线圈。那么，无刷电机如何将电流传输到转子线圈呢？无 - 因为线圈不位于转子上。转子为永磁体；线圈不旋转，而是固定在定子上。由于线圈不移动，因此不需要电刷和换向器。 （见图3）在有刷电机中，旋转是通过控制转子上的线圈产生的磁场来实现的，而固定磁铁产生的磁场保持恒定。要改变转速，需要改变线圈两端的电压。在 BLDC 电机中，永磁体旋转；旋转是通过改变周围固定线圈产生的电磁场的方向来实现的。为了控制旋转，需要调整流入这些线圈的电流的大小和方向。
图 3：BLDC 电机。
由于转子是永磁体，因此不需要电流，从而无需电刷和换向器。固定线圈的电流由外部控制。
BLDC 电机的优点
定子上具有三个线圈的 BLDC 电机将有六根电线（每个线圈各两根）从这些线圈延伸出来。在大多数实施方式中，这些电线中的三根将在内部连接，其余三根从电机本体延伸（与前面描述的有刷电机的两根电线相反）。 BLDC 电机外壳内的接线比简单地连接电源单元的正极和负极端子更为复杂；我们将在本系列的第二部分中更详细地研究这些电机的工作原理。下面，我们通过了解BLDC电机的优点来总结一下。
一个显着的优势是效率，因为这些电机可以以最大扭矩连续运行。相比之下，有刷电机只能在某些旋转点达到最大扭矩。为了提供与无刷电机相同的扭矩，有刷电机需要更大的磁铁。这就是为什么即使是小型 BLDC 电机也能提供相当大的功率。
与第一个优点相关的第二个主要优点是可控性。 BLDC 电机可以通过反馈机制进行控制，精确地提供所需的扭矩和速度。精确的控制反过来又可以减少能源消耗和热量产生，并且在电机由电池供电的情况下延长电池寿命。
由于没有电刷，BLDC 电机还具有高耐用性和低电气噪声。对于有刷电机，电刷和换向器由于连续移动接触而磨损，在接触点产生火花。尤其是电噪声，是由于电刷穿过换向器间隙时容易产生的强烈火花而产生的。这就是为什么 BLDC 电机通常被认为是必须避免电噪声的应用中更好的选择。
BLDC 电机的理想应用
我们已经看到 BLDC 电机具有高效率和可控性，并且使用寿命长。那么它们的用途是什么？由于其效率和使用寿命，它们被广泛用于连续运行的设备。它们长期以来被用于洗衣机、空调和其他消费电子产品；最近，它们还出现在风扇中，其高效率显着降低了功耗。
它们还用于驱动真空机。在一种情况下，控制程序的变化导致速度急剧上升——这是这些电机提供的高水平可控性的一个例子。
BLDC 电机还用于驱动硬盘驱动器；它们的耐用性使驱动器能够长时间可靠地运行，而它们的功效有助于减少日益重要的行业的能源消耗。
迈向更广泛的未来应用
可以预见，未来BLDC电机将得到更广泛的应用。例如，它们可能被广泛用于驱动服务机器人——在制造业以外的领域提供服务的小型机器人。人们可能认为步进电机更适合此类应用，因为脉冲可用于精确定位控制。然而，BLDC 电机更适合控制力。使用步进电机，维持机器人手臂等结构的位置需要相对较大且连续的电流。对于 BLDC 电机，所需电流与外力成正比，从而实现更节能的控制。 BLDC 电机还可以取代高尔夫球车和移动车辆中的简单有刷直流电机。除了更高的效率外，BLDC 电机还提供更精确的控制，从而进一步延长电池寿命。
BLDC 电机也是无人机的理想选择。它们提供精确控制的能力使它们特别适合多旋翼无人机，可以通过控制每个旋翼的转速来精确控制无人机的姿态。
