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串激式电机的应用与特征
串激式电机 (Series Motors) 也称作电刷式电机 (Conventional Motors)
，具备高扭力输出的特征
，经常被运用在毋需准确转速控制的电动工具中
，例如手提式电钻、圆盘锯或是台式木匠锯床、木匠角度切割锯床等
；其在结构上使用机械式换相器 (Commutator) 
，将电源供应给电机转子绕组 (Armature)。由于接纳接触式机械结构供应电源给电机转子绕组
，以是业界也经常将换相器中的供电接触器称作电刷
，常用的电刷多以石墨或是铜箔做为材质。

由于电刷恒久与电念头的转子摩擦
，会造成相当水平的噪音 (Noise)、震惊 (Vibration)、电磁滋扰 (EMI, Electromagnetic Interference) 以及电弧 (Arcing) 等状态
，同时所磨耗的导电物质粉末也会充满在电机内部
，而导致若干水平的电气污染 (Pollution Degree)。因此
，该产品的制造商或研发者应就产品清静、可靠度、或是维护本钱的角度
，举行较深入的思量。

别的
，电机转速或是扭力控制也是属于较为重大的层面
，因此一样平常会需要使用外部的角度编码器 (Encoder) 或是转速发电机 (Tachogenerator)
，检测电机运转的资料
；再者
，由于转动的绕组无法安顿温度
；た (Thermostat) 或是温度包管丝 (Thermal Cut-Off)
，因此必需依赖测试各个部位的绝缘质料
，如轴、线槽、换相器…等
，评估产品是否会有电击与火灾的危险。

无刷式直流电机的应用与原理
无刷直流电机 (Brushless DC Motors, BLDC) 是使用电子换相电路将直流电源供应到电机转子绕组
，由于没有机械式的电刷
，以是被称作无刷直流电机。由于无刷直流电机具备了高效率、精淮的控制性能、以及能够使用电子构装来抵达清静规范的要求等特征
，以是在全球鼎力大举要求节能、减碳的诉求下
，现在已被普遍的应用在冷冻空调领域
，如现今时兴的 DC 变频、无刷直流
；或如在油电混淆车的运用、及如吊扇等某些高经济价值的家电产品中。

现在最常用到的电子驱动方法
，有使用霍尔效应元件 (Hall effect sensors) 或是反电动势 (Back EMF) 来侦测电机转子绕组的机械角度 (Mechanical Angle) 或电机角度 (Electrical Angle)
，然后淮确的控制 MOSFET 的开关
，以抵达电机一连的运转。

以使用霍尔元件的方法为例
，霍尔效应切合以下的关系式：

其中 VH 为霍尔电压
，IH 为霍尔电流
，KH/d 为霍尔元件电磁系数
，K 为霍尔组件不平衡系数
，B 为磁通密度 (Magnetic flux)。

由此关系式可以相识
，霍尔电压与磁通密度 (也就是电机运转的磁场强度) 及霍尔电流成正比
，因此
，当转子的磁轴与霍尔组件差别轴时
，磁通较小。为了维持牢靠的霍尔电压
，必需增大霍尔电流
，云云便能准确的算出电机转子的导通顺序与时间。

《图一》为霍尔元件与直流电机所组成的两相式 (Two Phases) 无刷电机的电路模子。

   
当转子磁轴与霍尔组件同轴时
，霍尔组件与 S 极的距离变得最短
，磁通密度则为最高
，造成霍尔元件 A 端子的电压较大
，使得电晶体 Q1 导通
，i1 电流在线圈 L1 内流通
，线圈 L1 因而呈激磁状态
，依据右手定章
，得知线圈 L1 右侧为 S 极
，故转子反转。

当转子 S 极远离霍尔元件时
，磁通密度便向下降
，此时 A、B 端不再爆发霍尔电压
，电晶体 Q1、Q2 呈OFF 状态
，转子因受惯性作用
，继续反向旋转。

当转子 N 极转至霍尔元件时
，霍尔元件 B 端子的电压便相对较大
，使得电晶体 Q2 导通
，此时线圈 L2 内有 i2 电流流通
，因此线圈 L2 呈激磁状态
，转子再度受磁力作用反转。遵照云云程式
，转子一连转动。

无刷式直流电机的特征
霍尔组件式无刷直流电机由于使用霍尔元件来感应激磁顺序与时间
，转子的相位为 /2 时便可令定子 (Stator) 导通
，因此能镌汰不须要的电能铺张
，同时也可以适时的提供转子转动所需的电磁力
，大幅提升电机输出扭矩与效率
，这也是所有无刷直流电机所能提供的最大优势。

在无刷直流电机的硬体中
，以电子回路取代了机械式换相器与电刷
，电气污染的问题也不会泛起。同时
，关于电子电路所撷取到的电气讯号
，还可以使用其他的逻辑电路做讯号的放大、较量
，而使电机运转的效率提升。

更主要的是
，原先无法使用外加硬体
；ぷ爸美幢
；さ缁奈侍
，在无刷直流电机上可以使用微处置惩罚器 (Micro Processor) 与软件
，来判断电子电路所截取到的电气讯号
，而告竣电机堵转 (Locked Rotor)、欠相 (Lost of Phase)、过负载 (Running Overload)、以及其他与清静功效相关的治理与
；。

相对而言
，关于提供了电子
；すπУ奈匏⒅绷鞯缁
，由于使用了大宗的电子装置来撷取与处置惩罚电气讯号
，因此必需接受电磁相容性 (EMC, Electromagnetic Compatibility) 评估
；至于软件的可靠度
，与有否思量到相关的危害
，并且在软件中有加以治理以及
；
，也必需予以评估。

控制模组UL安规认证
UL 1004 电念头清静标淮中包括了对电子
；な降缁 (Electronically-Protected Motors) 的规范
，其 UL 产品种别编号 (CCN, Category Control Number) 为 XDNW。该标淮的章节 18B 中清晰的要求
，凡具有电子
；た刂破鞯牡缁
，如属于商业或家庭用途
，有关控制器便必需切合 UL 60730-1A 标淮
；倘若具有电子
；た刂破鞯牡缁换崾褂迷诠ひ涤猛旧
，有关控制器则必需切合 UL 508 标淮。

UL 60730-1 标淮的适用规模则为家庭用 (也包括类似用途
，例如商业用途) 电器产品的控制器
，这是一本与 IEC 60730-1A 标淮合併的清静规范
，在其附录 H (Annex H) 内提供了针对电子式控制器的相关清静规范
，且包括了软件及电磁相容的条文。

UL 60730-1A 将控制器遵照用途
，划分成运转用途 (Operating Control) 及
；び猛 (Protective Control) 两大类。顾名思义
，运转用途控制器指的是在正常操作条件下
，使装备启动、运行的控制器
，例如机械式单相交流电机启动开关 (Motor Starting Relay)
，就属于运转用途控制器
；而
；び猛究刂破
，指的则是当装备在非正常的操作条件下
，提供危害防护功效的控制器
，例如避免无刷直流电机由于堵转、欠相或是过负载
，而造乐成能不正常
，甚至导致电击、火灾爆发的控制器
，就属于
；び猛究刂破。

控制模组UL安规认证案例
一个具有软件
；すπА⑸桃祷蚴羌彝ビ猛镜奈匏⒅绷鞯缁
，在 UL认证的要求上来说
，需要切合下表所示的清静规范：

在认证的流程上来说
，首先要确认此一无刷直流电机的最终产品使用者为谁
，以及其最终使用产品的安规是否接受以 UL 60730-1A 做为控制器的评估标淮。

在确认无误后
，会先执行控制软件的UL安规认证
，包括与客户以面扑面的方法审查、测试软件
，在取得软件认证后
，紧接着的是控制器硬件的审查与评估
，最后才会是无刷直流电机的认证。

与其他产品随机认证的模式差别的是
，这三个认证评估有相当细密的隶属关系
，也就是软件会决议硬件电路的设置
，也会影响最终无刷直流电机的功效与硬件结构
，因此三者无法同步举行
，必需循着顺序
，逐一完成认证。

别的
，上表中的 ANSI/UL 1998 同时亦是美国国家标淮 (America National Standard, ANSI)
，其名称为 Software in Programmable Components
，是针对可程式电子元件 (如Microprocessor, Microelectronics) 所使用的软件 (也称作软件或编程) 的清静及性能所编写。在安规中关于 Microelectronics 的明确界说为：内含 1,000 个以上的数位逻辑闸 (Logic gate)
，或是∕以及有多于 24 个功效
，或是∕以及可以重复编写程式的电子元件。与一样平常消耗性电子商品最大差别处在于
，软件并没有实体视觉上的结构可以直接视察
，因此只能透过编码程式看到原始程式码
，或是使用模拟器
，甚至是在最终产品上
，才可以看到其设计功效的展现
，以是在审查的方法上与消耗性电子商品完全差别。

我们可以说软件设计相当于文学、词曲创作
，因此
，举行认证时除了审查其设计能否实现最终功效外
，更主要的是
，其设计的历程及轨迹是否有完整的思量到所有与清静相关的议题
，这也是为何软件的UL安规认证一定要以面扑面的方法审查。

在审查的初期
，客户必需先提供电路图或含有硬件电路设计形貌的设计书
，以及清静危害评预计画与剖析报告。在面扑面的审核时
，UL 工程师会依据电路设计图
，询问讯号的流向
，与确认相关的物理量
，例如时间、电流、电压等后
，即依据客户所提供的资料
，来判断哪些软件的功效必需以测试的方法再次验证
，这其中亦包括客户宣告的功效测试、以及在程式码中注入的过失码、或是将硬件电路予以开∕短路
，来确认非正常情形下的
；つＪ。

在透过软件认证后
，会以程式的版本号码及回圈校验和 (Checksum)
，或是其他方法
，来为软件设定唯一无二的识别标示。此时专案即可以举行到下一阶段
，也就是以 UL 60730-1A 标淮审核控制器硬件。

UL 60730-1A 主要评估是控制器硬件的清静与性能
，UL 60730 工程师会依据 UL 1998 工程师的了案报告
，与客户所提供的产品结构及功效宣告表单 (CDF) 举行审查。

该审查流程将包括结构审核、以及产品测试与了案审查。UL 60730-1A 是一本包括了功效清静 (Functional Safety) 看法的安规标淮
，在测试方面除了古板的产品清静性 (电击、火灾、职员危险的危害) 评估
，如温升 (Heating)、耐压 (Electric Strength)、耐用性 (Endurance) 与电气绝缘间隙 (Creepage and Clearance) 等评估外
，还涵盖了产品功效性清静的评估
，如宣告功效的飘移测试 (Deviation and Drift)、电磁相容测试 (EMC)、以及情形老化测试 (Environmental Stress) 等。

UL 60730-1A 虽为通用的安规要求
，但针对特定的产品种别
，还需要加上第二部规范的评估 (详见表二)
，如温控器要切合 UL 60730-1A 及 UL 60730-2-9
；另认证的方法可以是限制用途的元件 (Unlisted Component) 或是非限制用途元件 (Recognized Component)
，如绝大大都的无刷直流马达控制器是使用在特定的马达上
，同时其最终产品的用途也牢靠
，就会被视为限制用途的元件
，产品种别编号则为 XACN3。

《表二》UL 60730 系列适用的产品种别规范概述

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