无刷电机与有刷电机 - 有什么区别？
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直流电机是过去 200 年来最基本的机器之一，这种电机使用直流电产生旋转运动，并允许设计人员构建电动工具、移动设备、计算机组件和其他宝贵的电池供电应用。它们与交流电机不同，交流电机同样多产且提供不同的好处。直流电机类别大致分为有刷直流电机和无刷直流电机，下文将解释这两种类型的直流电机背后的基本原理，然后进行比较以显示每种机器在行业中的最佳功能。
有刷电机 有刷直流电机（通常简称为“有刷电机”）是最古老的电机之一，使用直流电和机械换向来产生机械能。通过显示有刷电机的不同组件，最容易理解有刷电机的工作原理，下图显示了有刷电机的基本结构图。
顾名思义，这些电机使用电刷将直流电源连接到转子组件，转子组件是包含电枢、换向器环和输出轴的电机组件。定子或电机的外壳包含由永磁体或一些不动的电磁线圈产生的永磁场（在上图中显示为“定子磁场”），永久磁场有两极（磁南北对），它们的磁力线不断地穿过整个转子组件。当电刷夹住换向器环时，该组件就会通电，换向器环会引导电流通过电枢及其绕组。当电流通过这些线圈时，电枢变成其自身的电磁铁并与永久定子磁场磁极相互作用。由于转子组件可以自由旋转，因此电枢产生的磁场会排斥定子磁场，从而导致轴旋转。这种旋转与电枢和定子励磁电流成正比，改变这些电流将产生不同的输出特性。
直流电机相对便宜，易于控制和维修，并且有数百种形式，适用于许多环境，尤其是极端环境。一些有刷电机也可以由交流电流供电，例如通用电机，并使这些电机在应用中具有更多的多功能性。无论如何，有刷电机已被广泛使用多年，虽然不像一些较新的电机那样复杂，但仍为当今的许多应用提供动力。 无刷直流电机 与有刷电机相比，无刷直流电机（BLDC 电机）毫不奇怪，不会使用电刷产生运动。相反，他们采用通常位于有刷电机定子中的永磁场，并将其以实际磁铁的形式放置在转子周围。 无刷直流电机的定子由电磁线圈（成对布置在转子周围）组成，这些线圈通过电气控制系统进行电气开启和关闭。通电后，一对磁极将吸引转子的永久磁极，使其转向对齐位置。如果定子磁极按顺序通电和断电，则操作员可以使转子以某个期望的频率旋转。换句话说，以电气方式打开和关闭定子磁极将使转子旋转，从而产生机械能。这种电气换向模拟典型三相交流电机中的旋转磁场 (RMF)，但允许用户决定 无刷直流电机的电机速度、转矩和位置。为操作员提供一系列与输入频率同步的有用速度和扭矩，所有这些都是通过调整流过定子线圈的直流电流的大小和方向来实现的。
虽然构造更简单，但无刷直流电机需要电气换向，而不是有刷电机中的机械换向。他们必须始终使用传感器来确定输出轴的角位置，并且必须实施控制器以在正确的时间切换电流。电气换向增加了这些电机的复杂性，但也减少了电刷维护、摩擦损坏和有刷电机中经常出现的不需要的振动/噪音。它们的效率也更高，具有高动态响应，并以多种不同的速度运行，因此特别适用于连续的、速度受控的应用。 比较无刷和有刷直流电机 无刷直流电机的复杂性既增加了它们的工作特性，也增加了它们的成本，无刷直流电机几乎在所有类别中都胜过有刷电机，但这是因为它们采用了复杂的电气控制器，这大大增加了它们的价格。此外，虽然由于缺乏电刷维护，它们的平均寿命比有刷电机长，但由于它们的复杂性，当它们确实发生故障时，维修起来更加困难和昂贵。买家应确定无刷直流电机的复杂性是否会对他们的项目产生负面影响。
电机的速度/扭矩曲线显示其扭矩响应与速度的关系，对于直流电机，该曲线一般为直线，即转矩随速度线性变化。 无刷直流电机及其扭矩/速度曲线非常线性，因为它们的电气换向允许更精确的速度和扭矩控制。 电机的功率密度描述了其额定功率（以HP或kW为单位）与其几何体积的比值，该值对于需要在小型封装中提供高速/扭矩的应用非常有用（例如电动工具、洗衣机等）。 无刷直流电机具有更高的功率密度，因为它们提供静止状态下的高扭矩，比有刷直流电机更有效地维持这种扭矩。 电刷和机械换向器环会降低有刷电机的整体效率，因为更多的能量会因热量和摩擦而损失。 无刷直流电机不使用这些部件，因此可以更有效地将直流电流转换为机械能。他们的电气控制电路还可以优化电源使用，从而在不使用/低功率应用时节省电机浪费的能量。有刷直流电机的速度范围无法与无刷直流电机相比，虽然有刷电机具有不同的速度范围，但无刷直流电机中的电气换向允许它们提供更大的速度范围。
有刷电机通常标有电刷寿命，以便操作员知道何时必须更换它们，由于它们使用机械换向器和电刷，因此存在产生火花和故障的风险，从而缩短有刷电机的使用寿命。 无刷直流电机使用寿命更长，因为没有摩擦或需要定期维护，也没有火花风险。通过频繁的预防性或定期维护检查可以延长有刷电机的使用寿命，但是当存在几乎免维护的替代方案时，这些检查可能会很乏味。虽然两种电机类型都被认为是可靠的，但 无刷直流电机的故障风险较小。 结论 看起来有刷电机只是比无刷直流电机更糟糕的选择，如果不是因为价格，这将是一个正确的评估。有刷电机不仅比相同尺寸的无刷直流电机单价便宜很多，而且它们的安装成本也相当低。有刷电机也不需要电气控制系统，而电气控制系统通常比需要它们的无刷直流电机更昂贵。因此，虽然无刷直流电机总体上提供了更多优势，但它们的成本非常低。如果成本是一个重要的规格（而且应该始终如此），则应首先考虑有刷电机，然后再研究无刷直流电机设计。 这两种电机在汽车、计算机、玩具、制造业等产品中都是无价之宝，因此在寻找直流电机时有很多选择，请务必了解使用这些机器中的任何一种的好处和风险，并使用项目的规格来确定最适合的机器。 |
