直流无刷电动机

无刷直流电动机（BLDC电动机或BL电动机），也称为电子换向电动机（ECM或EC电动机）或同步直流电动机，是使用直流（DC）电源的同步电动机。 它使用电子控制器将直流电流切换到产生磁场的电机绕组，该磁场在空间中有效旋转并且永磁体转子跟随该磁场。 控制器通过调整直流电流脉冲的相位和幅度来控制电机的速度和扭矩。 该控制系统可替代许多传统电动机中使用的机械换向器（电刷）。

无刷电机系统的结构通常类似于永磁同步电机 (PMSM)，但也可以是开关磁阻电机或感应（异步）电机。 它们也可以使用钕磁铁，并且可以是外转子（定子被转子包围）、内转子（转子被定子包围）或轴向（转子和定子是扁平且平行的）。

与有刷电机相比，无刷电机的优点是功率重量比高、速度快、速度 (rpm) 和扭矩几乎瞬时控制、效率高和维护少。 无刷电机在计算机xxx设备（磁盘驱动器、打印机）、手持式电动工具以及从模型飞机到汽车等各种交通工具中都有应用。 在现代洗衣机中，无刷直流电机可以通过直接驱动设计取代橡胶皮带和齿轮箱。

有刷直流电机发明于 19 世纪，至今仍很普遍。 1960 年代固态电子技术的发展使无刷直流电机成为可能。

电动机通过保持转子（机器的旋转部分）和定子（机器的固定部分）的磁场未对准来产生扭矩。 一组或两组磁铁都是电磁铁，由缠绕在铁芯上的线圈制成。 直流电通过绕组产生磁场，为电机提供动力。 未对准会产生试图重新对准磁场的扭矩。 当转子移动并且磁场开始对齐时，有必要移动转子或定子的磁场以保持未对齐并继续产生扭矩和运动。 根据转子位置移动磁场的装置称为换向器。

在有刷电机中，这是通过电机轴上称为换向器的旋转开关完成的。 它由一个旋转的圆柱体或圆盘组成，在转子上分成多个金属接触段。 这些段连接到转子上的导体绕组。 两个或多个称为电刷的固定触点，由石墨等软导体制成，压在换向器上，在转子转动时与连续的部分形成滑动电接触。 电刷选择性地向绕组提供电流。 当转子旋转时，换向器选择不同的绕组并将定向电流施加到给定绕组，这样转子的磁场与定子保持未对准并在一个方向上产生扭矩。

换向器的缺点导致有刷电机的使用减少。 这些缺点是：

• 电刷沿旋转换向器片滑动的摩擦会导致功率损失，这在低功率电机中可能会很严重。
• 柔软的刷子材料会因摩擦而磨损，产生灰尘，最终必须更换刷子。 这使得换向电机不适用于硬盘电机等低颗粒或密封应用，以及需要免维护运行的应用。
• 滑动电刷触点的电阻导致电机电路中的电压降称为电刷压降，这会消耗能量。
• 通过绕组电感反复突然切换电流会在换向器触点处产生火花，这在爆炸性环境中是火灾隐患，也是电子噪声源，可能对附近的微电子电路造成电磁干扰。

近百年来，曾经是工业支柱的大功率直流有刷电机逐渐被交流同步电机所取代。 如今，有刷电机仅用于低功率应用或只有直流可用的应用，但上述缺点限制了它们在这些应用中的使用。

在无刷直流电机中，电子伺服系统取代了机械换向器触点。 电子传感器检测转子的角度并控制半导体开关，例如晶体管，它们可以切换通过绕组的电流，或者反转电流的方向，或者在某些电机中将其关闭。