何謂無刷馬達?

從直流無碳刷馬達(DC Brushless Motor)的結構上來說,它是把線圈做在定子上、而轉子上則是貼有磁石(如圖一)。此與傳統DC有碳刷馬達的結構是剛好相反的。傳統DC有碳刷馬達是把線圈繞在轉子上,磁石貼在定子上(如圖二)。故無碳刷馬達因結構的關係,其不必再透過整流子和碳刷間的接觸來對轉動中的轉子線圈通電及整流,在不需要碳刷的狀況下,仍然能夠利用定子線圈通電後與轉子磁石磁場間的,相互吸引,或排斥的方式來達到換相運轉的功能,這就是直流無碳刷馬達。

圖一      圖二

 

直流無碳刷馬達的特點

直流無碳刷馬達顧名思義就是不需碳刷的一種馬達,因此免除了碳刷的磨耗及壽命上的問題。所以他可以應用的場合如,無塵室,或是一些對現場作業環境,要求較高的地方。此外無刷馬達它是以非接觸式的方式來取代傳統DC馬達整流子換相的問題,固可以做到小型高性能化的特點。也因少了碳刷切換的問題,故少了碳刷磨擦時所產生的熱與噪音問題,馬達溫昇自然會變得較低、效率因而提高。因此我們說直流無碳刷馬達是一種高效率、較為省電的馬達,不但溫昇低,使用它更可因此讓馬達的使用壽命獲得提昇。

 

直流馬達具有響應快速較大的起動轉矩(扭力)、從零轉速至額定轉速具備可提供額定轉矩的性能也就是固定扭力,但直流馬達的優點也正是它的缺點,因為直流馬達要產生額定負載下,恆定轉矩的性能,固定扭力的輸出,則電樞磁場與轉子磁場角度須恆維持90°,這就要藉由碳刷及整流子。碳刷及整流子在馬達轉動時會產生火花、碳粉因此除了會造成元件損壞之外使用場合也受到限制。

交流馬達沒有碳刷及整流子,免維護、堅固、應用廣,但特性上若要達到相當於直流馬達的性能須用複雜控制技術才能達到。

如今半導體發展迅速,功率元件切換頻率加快許多,因此提升許多驅動馬達的性能,可實現將交流馬達控制置於一旋轉的兩軸直交座標系統中,適當控制交流馬達在兩軸電流分量,達到類似直流馬達控制並有與直流馬達相當的性能。

此外已有很多微處理機將控制馬達必需的功能做在晶片中,而且體積越來越小;像類比/數位轉換器(Analog-to-digital converter,ADC)、脈波寬度調變(pulse wide modulator,PWM)…等。直流無刷馬達即是以電子方式控制交流馬達換相,得到類似直流馬達特性又沒有直流馬達機構上缺失的一種應用。