根據IEA(國際能源署)所發表的統計資料，馬達所耗的電量已占了全球用電量的一半以上。這代表著：想做進一步的減碳來阻止地球溫暖化，我們必須從馬達系統開始著手，想盡辦法提高其能源使用效率。
直流馬達發展歷史
這張圖表示直流馬達結構及控制方式的過去30多年所發展的歷史，總共經過四次大型演化。我們使用英文字母和數字來區分彼此的不同。
第一個演化為有刷馬達的刷子不見了，也就是它的硬體結構從(a)有刷變成為(b)無刷。
第二個演化為無刷馬達的控制波形的變化，也就是(b1)最基本的方形波升級到(b2)正弦波。
第三個演化為(b2)無刷弦波控制法和向量控制法結合在一起，變成為(b3)無刷弦波向量控制法。
最後一次的演化為(b1)(b2)以及(b3)的各種控制法開始支援到無感測化，被稱為(b1‘)(b2’)以及(b3’) 。
目前最先進且最複雜的控制法就是(b3’)，“無刷弦波無感測向量控制法”，瞭解到這套方式的動作原理乃是這堂課的最終目標。
各位請注意，不同的馬達結構及控制法需要搭配不同等級的微控制器（Micro-Controller Unit，它的簡稱為MCU)。
(a)有刷馬達的動作原理上根本沒有控制的概念，所以不需要使用MCU。
(b1)(b2)控制法以及它們的無感測版本(b1’)(b2’)控制法通常需要中低階的MCU。
你的控制法一旦升級到(b3)或(b3’)的話，你必定需要使用高階的MCU，因為這時候我們要做的工作內容不只單純的“控制”，而且非常複雜的“演算”。
（a）有刷馬達
有刷馬達藉由換向器及電刷來自動切換供電轉子的電流方向，能讓轉子總是順時針持續回轉。
如左圖表示，電磁鐵從下方轉到上方時，藉由換向器(Commutator)及電刷(Brush)的機械組件，自動切換電磁鐵繞線的電流方向。例如，轉到上方時它的磁性為S，因此會被右邊N極永磁鐵吸引，轉到下方時它的磁性為N，因此被左邊S極永磁鐵吸引，結果轉子一直往同一個方向持續回轉。其硬體結構很簡單，缺點為機械零件之間的摩擦容易產生火花造成意外，縮短壽命，降低能源轉換效率。
（b）無刷馬達
無刷馬達導入兩個電子元件-(1)變頻器及(2)位置感測器。變頻器負責主動切換供應給電磁鐵的電流方向，位置感測器負責讀取轉子的即時角度並告知變頻器何時需要切換電流方向。簡而言之，無刷馬達利用(1)及(2) 來替代換向器及電刷功能。如左圖表示，雖然直流電源所供應給變頻器的電流方向不變，變頻器與各個電磁鐵之間的電流方向會隨著永磁鐵的回轉而切換。
BLDC以及PMSM，有什麼不同？
現在開始介紹坊間常聽到兩種馬達類型“BLDC”以及“PMSM”。
BLDC是前面所述之(b)=無刷直流馬達，的英文簡稱。
PMSM本來屬於交流馬達的一種，但現在也可視為直流馬達的一種。
有人也說PMSM與BLDC可互換使用，很多人分不清楚兩者的區別。
為了理解這些術語的正確定義，首先回顧直流馬達和交流馬達的發展歷史，再來說明BLDC和PMSM的共同點和不同點。
上圖左邊以及右邊分別描述直流馬達和交流馬達的發展歷史。
左邊直流馬達一律使用 “ 電池 “ 和 “ 永磁鐵 “ 的組合。
此組合可讓直流馬達的體積小型化，但早期的永磁鐵製造技術不成熟，而它產生的磁力不夠強，所以只能做到小瓦數馬達應用。
直流馬達具有小型，小瓦數的特徵，因此大致上適用於消費性產品包括家電，印表機，玩具等等。
右邊的交流馬達硬體結構分類成 “ 感應馬達 “ 以及 “ 同步馬達“ ，感應馬達的材質為一般金屬導體（如鋼鐵），同步馬達的材質為電磁鐵。
這些馬達當初使用交流電源（如110V或220V），適合大型大瓦數的用途包括工業自動化的動力機器。
當初直流馬達的本體只能使用直流電源，交流馬達的本體只能使用50Hz或60Hz的交流電源，所以兩者的區別相當容易。
然而， “ 變頻器 “ 一旦被發明之後，兩者的區別開始模糊了。
各位記不記得，BLDC導入變頻器到直流電源與馬達本體的中間，其目的為替代有刷馬達的“刷子”功能，。
變頻器能產生除了固定50/60Hz之外任何頻率的交流電供應給馬達，使得馬達變速更為方便，有助於BLDC市場的急速發展。
值得注意的是，“由於變頻器將直流電轉換成交流電並供應給馬達，所以BLDC的馬達本體可視為交流馬達的一種”。
換句話説，右邊的任何交流馬達本體隨時可以移動到左邊並接上變頻器，就立刻變成為直流馬達。
譬如，將右邊的感應馬達移動到左邊再來接上變頻器，它變成感應馬達的直流版本。
將右邊的電磁同步馬達移動到左邊再來接上變頻器，它變成電磁同步馬達的直流版本。
總之，右邊的馬達名稱比如“感應馬達”或“同步馬達”，這些術語表示馬達本身的硬體結構而已，跟電源的類型無關。
接下來，上圖說明PMSM的誕生。
隨著製造技術的進步，近年來永磁鐵朝向大型化發展，可取代電磁同步馬達的電磁鐵。
這型馬達稱為“永磁同步馬達”，其英文為Permanent Magnet Simultaneous Motor (PMSM)。
如果現在將PMSM從右邊移動到左邊並接上變頻器，即可做出PMSM的直流馬達版本。
清楚了嗎？ BLDC和PMSM的直流馬達版本都使用“直流電”和“永磁鐵”，所以大家認為兩者屬於同一類型的馬達產品，但是兩者經過不同的發展歷史，仍然具有幾個差異點；
BLDC的原意為借用有刷馬達的硬體結構，而導入變頻器來替代刷子的馬達類型。
PMSM的原意為從交流馬達發展過來的另種馬達類型，但PMSM指的是馬達硬體結構本身，其馬達除了可直接使用交流電之外也可經由變頻器並接上直流電，因此現在市面上也常看到PMSM的直流馬達版本。因為BLDC和PMSM的直流馬達版本的共同點很多（ 使用“直流電”和“永磁鐵” ），大家認為兩種類型都屬於BLDC的一種。
爲了避免讀者的困惑，本課程均採兩種術語“狹義BLDC“以及“廣義BLDC“，前者表示如上面所述之BLDC的原意，後者涵蓋到前者以及PMSM的直流馬達版本這兩種類型。
PMSM（分佈繞） vs. BLDC（集中繞）
這張圖介紹狹義的BLDC和直流PMSM的電樞結構上的差異。
PMSM的電樞繞組方式是從交流馬達發展而來的，也就是所謂的“分佈繞組” 。由於初期的PMSM只使用交流電源，因此其繞組方式也是以交流電源的正弦波為前提而設計的。換句話說，PMSM的分佈繞組只能搭配正弦波的控制方式。
分佈繞組的能源使用效率相當高：因為PMSM的繞線分佈於多個線槽（上圖中的兩條紅色銅綫繞到不同的綫槽），所以電樞所產生之磁路（上圖中的紫色箭頭）均勻串通於轉子，不會造成高次諧波成分而能避免轉矩脈動，因此提升能源使用效率到最高水準。本課程討論這類馬達為主。
相較之下，狹義BLDC的電樞繞組方式與PMSM大不同。狹義BLDC的前一代是有刷馬達，所以電樞繞組也借用有刷馬達的方式，叫做“集中繞組”。 集中繞組的兩條紅色銅綫，與分佈繞組不同，共用同一個綫槽並重複繞綫。
（請注意；有刷馬達的電樞會轉動，無刷馬達的電樞是固定不動。兩者電樞的角色是不同的，但它們電樞繞組的硬體結構屬於同類型的）
集中繞組的結構很簡單，它的製造成本也很低，而它的控制方式不一定需要搭配正弦波，也可使用更簡單的方形波，所以能減少控制器的軟硬體研發製造成本。
關於能源使用效率方面，狹義BLDC遠輸於PMSM：狹義BLDC的定子繞線集中在單一線槽，使得磁路分佈（圖中的紫色箭頭）不均勻並容易造成高次諧波成分。這型馬達如果搭配(b3)演算法，即可產生正弦波的磁場變化，使得馬達回轉比 (b1)方波控制法更為順暢，但無法避免轉矩脈動並降低能源使用效能。