BLDC、步进、伺服与电子换向

BLDC 中代替换向器与电刷的是

直流电动机必须由换向器和电刷在恰当的时刻改变旋转电枢中电流的方向，才能一直朝一个方向转。BLDC 把磁铁放到转子上、把绕组放到定子上，调换位置之后，取消了这种机械换向。用滑块转动转子，定子线圈会按转子位置依次接通；换向器和电刷原来的工作现在由什么承担，正是本课的问题。

BLDC 是把直流机翻过来

直流电动机用换向器和电刷把旋转电枢绕组中的电流反向，产生单一方向的转矩。BLDC 把这一结构翻转过来：产生磁通的永磁体放在转子上，通电流的绕组放在定子上。再用霍尔传感器之类的传感器读出转子位置，由逆变器只向推动转子前进的那一侧定子绕组送电流，并随转子转动依次切换通电的绕组。实际的 BLDC 通常两相同时通电，每隔 60° 电角度换一次组合，即 6 步方式；图中只接通一个线圈，做了简化。它的转矩-转速特性与直流电动机相似，没有电刷，也就没有磨损和火花，绕组在外侧的定子上，散热也容易。

步进电机以脉冲计位置

步进电机每输入一个脉冲，转子就转过固定的步距角，前进一格。步距角等于一整圈 360° 除以步数，常见的 1.8° 电机一圈是 200 步。数脉冲个数就知道位置，看脉冲频率就知道转速，无需传感器(开环)，所以用在打印机、CNC 这类需要按规定量精确移动的地方。不过，负载超过电机能输出的转矩时，会丢掉一格而失去位置，即失步；开环下没有办法把这种偏差找回来。

伺服以反馈拿稳

伺服电机用编码器测量位置和速度，把信号反馈给控制器(闭环)，把目标与实际之间的误差缩小到 0。本体常用 BLDC 或永磁同步电动机，但伺服的关键与其说在电机，不如说在反馈控制。它用于需要快速响应和高精度的机器人关节、机床。把三种电机放在一起看，它们都是用转子位置信息控制绕组通电的一个家族，区别只在于目标：BLDC 追求连续转矩，步进电机追求离散位置，伺服电机追求闭环精度。从直流电机换向器开始的换向这一思路，遇上电子电路和传感器，延伸到了控制位置的现代电机。

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取代换向器和电刷的，是位置传感器和逆变器。BLDC 把直流电机翻转过来，磁铁放在转子上、绕组放在定子上，由逆变器按转子位置向合适的绕组送电流，用电子换向去掉了机械接点。步进电机把同样的位置概念变成每个脉冲一格的离散位置，伺服电机则用编码器反馈这个位置，在闭环中把它稳住。三者从用转子位置控制绕组通电这一根主干分出，分别追求连续转矩、离散位置和闭环精度；从直流电机换向器出发的这门课，遇上电子电路和传感器，来到了控制位置的现代电机。

无论 BLDC 还是伺服电机，核心都是按转子位置向定子绕组送出合适电流的逆变器。这个逆变器如何把直流变成所需大小和频率的交流，也就是开关与 PWM 的基础，是最后一个单元的主题。感应电机的 V/f 控制、同步电机的变速、BLDC 的电子换向，都运行在同一个逆变器之上(MC-E2)。