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一、有刷電機工作原(yuan)理

有(you)刷電機(ji)是(shi)大(da)家最早接觸(chu)的(de)一類(lei)電機(ji)，中學時物理課堂上(shang)介紹電動機(ji)也(ye)是(shi)以它為模(mo)型來展示(shi)的(de)。有(you)刷電機(ji)的(de)主要結構(gou)就是(shi)定子(zi)+轉(zhuan)子(zi)+電刷，通過旋轉(zhuan)磁場獲得轉(zhuan)動力矩，從(cong)而輸出動能。電刷與換(huan)向(xiang)器不斷接觸(chu)摩(mo)擦，在(zai)轉(zhuan)動中起(qi)到導電和(he)換(huan)相作用。

有刷電機采(cai)用機械換向，磁極不(bu)動，線(xian)圈旋轉(zhuan)。電機工(gong)作時，線(xian)圈和換向器(qi)旋轉(zhuan)，磁鋼和碳刷不(bu)轉(zhuan)，線(xian)圈電流方向的交替變化是隨電機轉(zhuan)動的換相器(qi)和電刷來完成(cheng)的。

在(zai)有(you)刷(shua)電(dian)機中，這(zhe)個(ge)過(guo)程(cheng)是將各組線圈(quan)的(de)(de)兩(liang)個(ge)電(dian)源輸入端，依次排成(cheng)一(yi)(yi)個(ge)環，相互(hu)之間用絕(jue)緣(yuan)材料(liao)分隔，組成(cheng)一(yi)(yi)個(ge)象圓柱體的(de)(de)東(dong)西，與(yu)電(dian)機軸連(lian)成(cheng)一(yi)(yi)體，電(dian)源通過(guo)兩(liang)個(ge)碳元(yuan)素做成(cheng)的(de)(de)小(xiao)柱子(碳刷(shua))，在(zai)彈簧壓(ya)力的(de)(de)作用下，從兩(liang)個(ge)特定的(de)(de)固(gu)定位(wei)置(zhi)，壓(ya)在(zai)上(shang)面線圈(quan)電(dian)源輸入環狀圓柱上(shang)的(de)(de)兩(liang)點，給一(yi)(yi)組線圈(quan)通電(dian)。

隨(sui)著電機轉動，不同時刻(ke)給不同線圈(quan)或(huo)同一個(ge)線圈(quan)的(de)不同的(de)兩極(ji)(ji)通電，使得線圈(quan)產(chan)生磁場的(de)N-S極(ji)(ji)與最靠近的(de)永磁鐵定子的(de)N-S極(ji)(ji)有一個(ge)適合的(de)角度(du)差，磁場異(yi)性(xing)(xing)相吸、同性(xing)(xing)相斥，產(chan)生力量，推動電機轉動。碳電極(ji)(ji)在線圈(quan)接線頭上滑動，象刷(shua)子在物體表(biao)面(mian)刷(shua)，因此叫碳“刷(shua)”。

相互滑動(dong)，會摩擦碳(tan)刷，造成(cheng)損耗(hao)，需要定期更換碳(tan)刷;碳(tan)刷與線(xian)圈接線(xian)頭之間通斷交替，會發生電火花，產生電磁破(po)，干擾電子設備。

二(er)、 無刷電機工(gong)作(zuo)原理(li)

無(wu)刷電機中，換相(xiang)的(de)工作(zuo)交由控制器中的(de)控制電路(一(yi)般為霍(huo)爾傳感器+控制器，更先進的(de)技(ji)術是磁編(bian)碼器)來完成。

無(wu)(wu)刷(shua)電(dian)(dian)(dian)(dian)機(ji)采(cai)取電(dian)(dian)(dian)(dian)子換(huan)(huan)向，線圈(quan)不動(dong)，磁極旋轉。無(wu)(wu)刷(shua)電(dian)(dian)(dian)(dian)機(ji)，是使用(yong)一套電(dian)(dian)(dian)(dian)子設備，通(tong)過霍爾元件，感(gan)知永磁體磁極的(de)位置(zhi)，根據(ju)這種感(gan)知，使用(yong)電(dian)(dian)(dian)(dian)子線路(lu)，適時(shi)切換(huan)(huan)線圈(quan)中電(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)的(de)方向，保證產(chan)生正確方向的(de)磁力(li)，來驅動(dong)電(dian)(dian)(dian)(dian)機(ji)。消除了有刷(shua)電(dian)(dian)(dian)(dian)機(ji)的(de)缺點。

這些(xie)(xie)電(dian)(dian)(dian)路，就是電(dian)(dian)(dian)機控制器(qi)。無刷電(dian)(dian)(dian)機的(de)控制器(qi)，還可以實(shi)現(xian)一些(xie)(xie)有刷電(dian)(dian)(dian)機不能(neng)實(shi)現(xian)的(de)功能(neng)，比(bi)如(ru)調整電(dian)(dian)(dian)源切換角，制動電(dian)(dian)(dian)機，使(shi)電(dian)(dian)(dian)機反轉，鎖(suo)住(zhu)電(dian)(dian)(dian)機，利(li)用剎車信(xin)號，停止給電(dian)(dian)(dian)機供(gong)電(dian)(dian)(dian)。現(xian)在電(dian)(dian)(dian)瓶車的(de)電(dian)(dian)(dian)子(zi)報警鎖(suo)，就充分利(li)用了(le)這些(xie)(xie)功能(neng)。

無刷(shua)直(zhi)流電機(ji)由(you)電動(dong)機(ji)主體和驅(qu)動(dong)器(qi)組(zu)成，是(shi)一(yi)(yi)種典(dian)型的機(ji)電一(yi)(yi)體化產(chan)(chan)品。由(you)于無刷(shua)直(zhi)流電動(dong)機(ji)是(shi)以(yi)自控式運行(xing)的，所以(yi)不會象變(bian)頻調速下重(zhong)載啟(qi)動(dong)的同(tong)步電機(ji)那樣在轉子上另加啟(qi)動(dong)繞(rao)組(zu)，也不會在負(fu)載突變(bian)時產(chan)(chan)生振蕩和失步。

三、 調速方式區別

實際上(shang)兩種電(dian)機的控(kong)(kong)制都是調壓，只是由于無刷直(zhi)流采用了電(dian)子(zi)換(huan)向(xiang)，所以要有數字(zi)控(kong)(kong)制才可(ke)以實現(xian)了，而有刷直(zhi)流是通(tong)過碳刷換(huan)向(xiang)的，利用可(ke)控(kong)(kong)硅(gui)等(deng)傳統(tong)模擬電(dian)路都可(ke)以控(kong)(kong)制，比較(jiao)簡(jian)單。

1、有(you)刷馬(ma)達調(diao)速(su)(su)過程是調(diao)整馬(ma)達供電(dian)(dian)(dian)電(dian)(dian)(dian)源(yuan)電(dian)(dian)(dian)壓(ya)(ya)的(de)高低。調(diao)整后的(de)電(dian)(dian)(dian)壓(ya)(ya)電(dian)(dian)(dian)流通(tong)過整流子及電(dian)(dian)(dian)刷地(di)轉換，改(gai)變電(dian)(dian)(dian)極產生的(de)磁場強弱，達到改(gai)變轉速(su)(su)的(de)目的(de)。這一過程被(bei)稱之為變壓(ya)(ya)調(diao)速(su)(su)。

2、無(wu)刷(shua)馬(ma)達調速(su)過(guo)程(cheng)是(shi)馬(ma)達的(de)(de)供電(dian)電(dian)源的(de)(de)電(dian)壓不(bu)變，改變電(dian)調的(de)(de)控制信號(hao)，通過(guo)微處理(li)器再改變大功率(lv)MOS管的(de)(de)開關速(su)率(lv)，來實現轉速(su)的(de)(de)改變。這(zhe)一(yi)過(guo)程(cheng)被稱之為變頻調速(su)。

四、 性能差異

TI的一個(ge)介紹(shao)視頻關于(yu)有刷電(dian)機(ji)與無刷電(dian)機(ji)的對比，如下圖所(suo)示，很完整。

1、有(you)刷電機結構簡單、開發時(shi)間久、技術成熟

早在十九紀(ji)誕生(sheng)電(dian)機(ji)的時候，產(chan)生(sheng)的實用(yong)性電(dian)機(ji)就是無(wu)刷形式，即交流(liu)鼠籠式異步電(dian)動機(ji)，這種(zhong)電(dian)動機(ji)在交流(liu)電(dian)產(chan)生(sheng)以后得到了廣(guang)泛的應用(yong)。但(dan)是，異步電(dian)動機(ji)有(you)許多無(wu)法克服的缺陷，以致(zhi)電(dian)機(ji)技術發(fa)展緩慢。

尤其是直(zhi)(zhi)流(liu)無刷電機一(yi)直(zhi)(zhi)無法投入(ru)商(shang)業運(yun)營(ying)，伴隨著電子技術(shu)的日新月異，直(zhi)(zhi)至近幾年才慢慢投入(ru)商(shang)業運(yun)營(ying)，就其實質(zhi)來說依(yi)然屬于(yu)交流(liu)電機范疇。

無刷(shua)電機誕(dan)生(sheng)不久，人們就發明了直流(liu)有(you)刷(shua)電機。由于直流(liu)有(you)刷(shua)電機機構簡單，生(sheng)產加工容(rong)易(yi)(yi)，維修方便，容(rong)易(yi)(yi)控(kong)制(zhi);直流(liu)電機還具(ju)有(you)響應快速(su)、較大的起動(dong)轉(zhuan)矩、從零轉(zhuan)速(su)至(zhi)額定轉(zhuan)速(su)具(ju)備可提供額定轉(zhuan)矩的性能，所以一經問世就得到了廣泛應用。

2、直流有刷電(dian)機響應速(su)度(du)快，起動扭矩大(da)

直(zhi)流有刷電(dian)機(ji)起(qi)(qi)動(dong)(dong)(dong)響應(ying)速(su)度快，起(qi)(qi)動(dong)(dong)(dong)扭矩(ju)大(da)(da)，變速(su)平穩，速(su)度從零到(dao)最(zui)大(da)(da)幾乎感覺不到(dao)振動(dong)(dong)(dong)，起(qi)(qi)動(dong)(dong)(dong)時(shi)可(ke)帶動(dong)(dong)(dong)更大(da)(da)的負荷(he)。無刷電(dian)機(ji)起(qi)(qi)動(dong)(dong)(dong)電(dian)阻大(da)(da)(感抗)，所以功率因素小，起(qi)(qi)動(dong)(dong)(dong)扭矩(ju)相對較小，起(qi)(qi)動(dong)(dong)(dong)時(shi)有嗡嗡聲(sheng)，并(bing)伴隨著強(qiang)烈震動(dong)(dong)(dong)，起(qi)(qi)動(dong)(dong)(dong)時(shi)帶動(dong)(dong)(dong)負荷(he)較小。

3、直流有(you)刷電(dian)機運(yun)行平(ping)穩，起、制動效果(guo)好(hao)

有(you)刷(shua)(shua)電機(ji)是(shi)通(tong)過調(diao)壓調(diao)速，所以起動(dong)和制(zhi)動(dong)平(ping)穩，恒(heng)速運行時也平(ping)穩。無刷(shua)(shua)電機(ji)通(tong)常是(shi)數字變(bian)頻控(kong)(kong)制(zhi)，先將交流變(bian)成直流，直流再變(bian)成交流，通(tong)過頻率變(bian)化控(kong)(kong)制(zhi)轉速，所以無刷(shua)(shua)電機(ji)在起動(dong)和制(zhi)動(dong)時運行不平(ping)穩，振動(dong)大，只有(you)在速度恒(heng)定時才會平(ping)穩。

4、直流有刷電機控制精(jing)度高

直流有刷(shua)電(dian)機通常和減速箱、譯碼器一(yi)起使用，使的電(dian)機的輸出功率更(geng)(geng)大，控制精度更(geng)(geng)高，控制精度可以(yi)達到0.01毫(hao)米，幾乎可以(yi)讓運動部件停在任何(he)想要的地方。

所(suo)有(you)精密機床都是采用(yong)直流電機控制精度。無刷電機由(you)于在啟動和(he)制動時不平(ping)穩，所(suo)以運動部件每次都會停到不同的位(wei)(wei)置上，必須通過定(ding)位(wei)(wei)銷或限位(wei)(wei)器才可以停在想要的位(wei)(wei)置上。

5、直流有刷(shua)電機使用成(cheng)本低，維修方便(bian)

由于直(zhi)流有(you)刷電機(ji)(ji)結(jie)構簡(jian)單，生產成本低，生產廠家(jia)多，技術比(bi)較成熟(shu)，所(suo)以應(ying)用也比(bi)較廣泛，比(bi)如工廠、加工機(ji)(ji)床、精密儀器等，如果(guo)電機(ji)(ji)故障(zhang)，只需更(geng)換碳(tan)刷即可，每個碳(tan)刷只需要幾(ji)元(yuan)，非常便(bian)宜。

無刷電機(ji)技術不成熟(shu)，價格較(jiao)高，應(ying)用(yong)范(fan)圍有限，主(zhu)要應(ying)在恒速設備上(shang)，比(bi)如(ru)變(bian)頻(pin)空調(diao)、冰箱等，無刷電機(ji)損壞只能更(geng)換。

6、無電刷、低干擾

無刷電(dian)機去除(chu)了電(dian)刷，最直接的(de)變化就是沒有了有刷電(dian)機運轉時(shi)產生的(de)電(dian)火(huo)花(hua)，這樣就極大(da)減少了電(dian)火(huo)花(hua)對(dui)遙控(kong)無線電(dian)設備(bei)的(de)干擾(rao)。

7、噪音(yin)低，運轉順暢(chang)

無(wu)刷(shua)(shua)電(dian)機沒有(you)了電(dian)刷(shua)(shua)，運轉時(shi)摩(mo)擦力大(da)大(da)減小，運行順暢，噪音會低許多，這個(ge)優點(dian)對于模型運行穩定性(xing)是一個(ge)巨大(da)的(de)支持。

8、壽命(ming)長，低維護成本

少(shao)了電(dian)刷，無刷電(dian)機(ji)的磨損(sun)主要是在軸承上了，從機(ji)械角度看(kan)，無刷電(dian)機(ji)幾乎是一種免維護(hu)的電(dian)動(dong)機(ji)了，必要的時候，只需做一些除(chu)塵維護(hu)即可。

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