迎合節能/低噪音需求 馬達架構丕變

作者: 黃繼寬
2010 年 08 月 05 日

傳統直流電刷(DC Brush)馬達的效率不彰與運轉時的噪音,一直為人詬病,改採直流無刷(DC Brushless)馬達已是大勢所趨。而隨著工業自動化與精密控制應用的興起,步進式(Stepping)馬達也漸漸成為市場上另一股不容忽略的新勢力。
 


隨著節能、低噪音等要求日益嚴苛,馬達驅動與控制也越來越仰賴半導體技術,使得相關業者日益熱衷投入。






多年來,馬達一直是將電能轉換為機械能最主要工具,其應用遍布玩具、家電到工業控制等各領域。德州儀器(TI)全球馬達驅動與控制產品經理Chris Opoczynski表示,問世已久的傳統直流電刷馬達,技術成熟且價格低廉,至今仍為應用最普及的馬達型態,但其運轉時的噪音與電子雜訊,卻是美中不足之處。此外,隨著電刷的機械結構老化,效率與可靠度也會跟著降低,因此,改採直流無刷(DC Brushless)馬達已成為大勢所趨。而步進式(Stepping)馬達則隨著工業自動化與精密控制應用的興起,已漸漸成為市場上一股不容忽略的新勢力。
 




除了馬達的架構改變外,驅動馬達的方式也隨著馬達架構的改變與半導體技術的精進,而產生新的變化。例如H橋控制、電場導向控制(Field Oriented Control)等新驅動方式,與各種新型馬達結合後,不僅讓馬達控制變得更加精準,也提升了馬達運作的效率。
 




但Opoczynski也強調,新型馬達與新驅動方式的問世,固然可改善傳統馬達的缺點,但成本仍是不容忽略的門檻。所幸,隨著永久磁鐵等馬達關鍵零組件與馬達本身的生產基地移往中國大陸,即便是新型馬達,也漸漸在成本上逼近現有馬達。因此,實現馬達控制與驅動所需的半導體零組件,必須透過整合來壓低成本。
 




事實上,以電場導向控制為例,以往必須使用昂貴的32位元微處理器加上各種高速資料轉換器(Data Converter)方能實現,但隨著32位元微控制器(MCU)的性能持續精進,目前德州儀器所提供的方案,已可用4美元的價格實現;至於各種低功率馬達應用,更可透過系統單晶片(SoC)整合的方式,大幅降低馬達控制板的成本。

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