Michael Springer

无刷——刷新了什么？

Michael Springer

两项科技的发展正在重新塑造电池式工具的发展路线，一个是正在风风火火进行中的电池功率升级竞赛，另一个则是无刷电动机的崛起。现代无刷电动机技术已历经50年的发展，但是直到最近才在手持式电动工具领域找到方向。

从事电动工具行业的人们提出了一系列问题，集中表现在：无刷电动机与传统电机相比有什么好处，无刷电动机成本的增加是否有所价值？本文试图解释这项技术以及相关制造商声称可以达到的性能。

串励电动机

带电源线的手持式和大部分可移式电动工具内设串励电动机，意味着这些工具可以使用交、直流电驱动，但实际上大部分该类产品只能运行于交流电下。

除了轴承和电线，串励电动机有两个基本组件：转子和定子。转子是负责电动机旋转的中心部件，定子是围绕转子的固定组件。定转子包含励磁绕组，通电后形成电磁体，由电磁体形成的磁场带动电动机的运转。

磁引力拖动转子向两个不同方向运动而产生力矩，从而带动转子旋转。由于换向器的作用产生交变电磁场，维持了转子的旋转，同时控制速度和转向。

电刷换向

由于定子是固定的，可以通过硬导线联接电源。但是转子是转动的，是通过跨接在换向器两端的导电碳刷联接电源的，换向器基本相当于一个旋转的开关装置。换向器是由换向片组成的，换向片之间的间隙导致间歇性的接触，决定了转子电磁场能量形成的时间和顺序。无论是带电源线的电动工具还是电池式电动工具，有刷电机都是这样工作的。

永磁电动机

对于电池式电动工具而言，受电源供给和空间结构的限制，有刷的电池式工具定子是永磁体，而不是绕组。采用强大的稀土材料作为永磁体的永磁电动机优点体现在优良的低速转矩和制动特性。

无刷电动机

无刷电动机，也称作电子换向（EC）电动机，基本上与永磁电动机相反，即：定子是电磁绕组，而转子是永磁体。磁铁不需要电源，因此也不需要碳刷和换向器。

既然没有起旋转换向作用的机械转换开关，无刷电动机就包含了微处理器(一个微型的机载计算机) 以提供电子换向过程中的电子切换转向。电子元件监控转子的位置，即时发送反映转子电磁场变化的电脉冲，由此控制电动机的转向和速度。

无刷电动机的特点

通过采访工具制造商的工程师和产品经理可以获取他们对无刷电动机工具的评价。大家都基本认可以下内容：

高效

不存在碳刷与换向器之间的摩擦损耗以及电子换向（程序控制），较机械换向更为精确高效。因此，这类电动机相比于同等尺寸的传统电动机功率更大。

性能

无刷电动机运行时温升较低、更安静、振动更小。没有碳刷的拉弧现象，从而降低影响电子元件工作的无线电频率和电气噪声干扰。一般，有刷电动机总是在正向旋转时更为强劲，反向旋转时偏弱一些，而无刷电动机的正反转则没有差异。

耐久性

没有电刷损耗，无刷电动机的使用时间更长久。转子上没有电磁绕组，可以降低工具核心区域的温升，事实上这个区域的热量很难散发。为防止电子控制被损坏并延长工具的寿命，一些制造商将电子控制部分封装或灌装在塑料内以防尘或防潮。

设计

无刷电动机功率密度更大，因此在输出功率相同时，无刷电动机较传统电动机体积更小、更轻。借助于电子控制，无刷电动机更易于被附加一些功能，例如多重速度控制、软启动以及电源切断后工具的平稳停止。但是，用无刷电动机简单替代标准电动机不会自动提升产品的性能。为了提升工具的性能，必须将电动机、电子控制和电池作为一个整体的系统来综合考虑。

下表包含美国市场主要品牌采用无刷电动机的电动工具（不包括流水线专用的工业型号），包括我们所知的已经在开发中的型号。列表中不包括这些工具的所有版本，尤其是一些通过组合销售或与不同的电池包配套销售，销售量较小的型号。

无刷电动机的应用

并非所有的工具都适合使用无刷电动机。迄今为止，没有一个制造商的无刷电动机电池式工具在动力上超过其自身的标准电动机设计版本。大部分品牌仅在操作轻型和接近于恒定负载，即转速不会发生大幅度变化的情况下使用无刷电动机。这类工具很难或不可能堵转，例如旋转电锤、冲击起子、冲击扳手等类似工具。

制造商通常避免将无刷电动机运用于负载会大幅度变化，且会出现瞬间峰值转矩或大电流的场合（例如往复锯或电圆锯）。但也并非绝对如此，最新一代的无刷电池式工具就有一些适合于重型工作制的电钻/起子和链锯。

高端产品

因为有必不可少的电子元件包，含有无刷电动机工具的成本比含有标准电动机的工具要高得多。这个成本溢价就是为什么一些品牌的无刷型号与类似的有刷型号共同销售，而不是直接替代的原因。这也是为什么无刷电动机一直受限于最流行的电池式工具，例如电钻和冲击起子，也不用于使用频率低的带有附加功能的电动工具。未来是无法预言的，希望能够看到更多的来自主要品牌的无刷电动机工具，且具备更有竞争力的价格。

（编译 顾菁）