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功耗低又安全 無刷馬達賣相佳

發布日期:2014-11-12 16:39 來源:http://www.vlatkapokos.com 點擊:

無刷馬達勢力版圖快步擴大。傳統的小型電機系統內,應用的馬達多為交流單相感應馬達(Single-phase Induction Motor),后來有部分應用市場將其汰換為效率稍高的直流有刷馬達(Brushed DC Motor);不過,為了減少電刷帶來的功率損耗與危險,利用半導體元件與電子電路改變馬達磁場進而產生電力的無刷構造馬達,正快速在市場上崛起。

  意法半導體(ST)大中華暨南亞區產品行銷經理楊正廉表示,雖然有刷直流馬達在電路設計、轉動方向上容易控制,且靜態轉矩高、啟動扭力大,不過因其含電刷(碳刷)構造,在運轉過程中會造成明顯的功率損耗,降低整體馬達輸出功率,使其能效不甚理想。

  有刷直流馬達是靠電流流經電刷,再經電樞轉動,而其垂直磁場的產生則系經由電刷與換相器(Commutator)的調整,使流入電樞的電流,能控制磁場變化。其缺點除了因電刷摩擦帶來的功率損耗之外,更有安全上的疑慮,因為電刷與換相器間容易產生火花,且須定期清理電刷磨擦所產生的污物,或更換電刷,增添使用的不便利性。

  至于無刷馬達的設計,主要是解決直流有刷馬達的電刷與換相器功率損耗問題,其運作原理與有刷式直流馬達最大的不同,在于改以電子電路控制方式,而使轉子與定子磁場能保持在90度相位差,再配合適當的驅動電路,有效控制換相時序,以提高效率或增加轉速范圍。

  此外,由于無刷馬達是靠線圈產生磁場讓電樞運轉,少了電刷與軸的摩擦,因此較為省電、安靜。

  值得注意的是,改以電子電路方式控制的無刷馬達,也讓半導體元件商有大展身手的機會。楊正廉表示,過去傳統架構的馬達,僅需簡單的電壓輸入與輸出即可運轉,不需復雜的磁場控制與變頻需求,其重點在于機械設計部分,因此微控制器(MCU)、功率元件僅是配角;不過,透過電子電路控制方式產生磁場的無刷構造馬達,則讓MCU及功率半導體元件一躍成為馬達世界的當紅主角。

  楊正廉分析,馬達講求控制速度、精確度等各種參數的即時性及正確性,內部的控制元件不但要有高性能表現,亦須有完善的軟體演算法支援,所以目前MCU廠商除了提供完整的開發平臺之外,亦會同步建置軟體資料庫;以意法半導體為例,不僅針對不同等級的馬達控制應用提供安謀國際(ARM)Cortex-M0到Cortex-M4全系列的硬體開發套件,平均每三個月還會更新一次軟體資料庫,讓馬達開發商透過軟體演算做到最精準的調校。


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