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无刷直流电机、有刷直流电机：该如何选择？

时间 :2023-02-06 11:25:07   来源 : 哔哩哔哩

介绍

许多运动控制应用都采用永磁直流电机。因为与交流电机相比，直流电机的控制系统更容易实现。因此，在需要控制速度、扭矩或位置时，通常都采用直流电机。

常用的直流电机有两种：有刷电机和无刷电机（或称BLDC电机）。顾名思义，有刷直流电机带有电刷，电刷可以使电机换向并旋转；而无刷电机则用电子控制取代了机械换向功能。

很多应用都是既可以使用有刷直流电机，也可以使用无刷直流电机。两种类型的电机基于相同的线圈和永磁体吸引与排斥原理，二者都具有各自的优缺点，可以根据应用需求进行具体选择。


(资料图片仅供参考)

有刷直流电机

直流电机使用绕线线圈来产生磁场。在有刷电机中，线圈可以自由旋转从而驱动轴，它们被称为“转子“。通常，线圈缠绕在铁芯上，当然也有“无芯“有刷电机，其绕组是自支撑的。 

电机的固定部分称为“定子“。用于提供固定磁场的永磁体通常位于定子的内表面和转子的外部。

为了产生使转子旋转的扭矩，转子的磁场需要持续旋转，以使其磁场吸引并排斥定子的固定磁场。通常采用滑动式电子开关来使磁场旋转。该开关由换向器和固定电刷组成，换向器通常是安装在转子上的分片触点，而固定电刷则安装在定子上。

随着转子的转动，换向器不断地接通和断开不同的转子绕组，导致转子线圈不断被定子的固定磁体吸引和排斥，从而使转子旋转。

有刷电机的电刷和换向器之间存在机械摩擦，而且由于是电触点，通常无法润滑。因此电刷和换向器在电机的整个寿命周期内都存在机械磨损，并最终将导致电机无法工作。不过许多有刷电机（尤其是大型有刷电机）都有可更换的电刷，其电刷通常由碳制成，在磨损后也可保持良好的接触，这些电机都需要定期维护。但即使有可更换的电刷，换向器最终也会磨损到必须更换电机的程度。

要驱动有刷电机，需要在电刷两端施加直流电压，使电流流经转子绕组从而旋转电机。

如果一个有刷电机在应用中只需要向一个方向旋转，也无需控制速度或扭矩，则完全不需要驱动电子设备。在这类应用中，只需打开和关闭直流电压即可使电机运行或停止。这在电动玩具等低成本应用中很常见。如果需要反向旋转，则可以通过双极开关来实现。

如果需要控制速度、扭矩和方向，则采用由电子开关（晶体管、IGBT或MOSFET）组成的“ H桥”来驱动电机向任一方向旋转。施加到电机上的电压可以是任一极性，它使电机沿不同方向旋转。而通过调制开关脉冲的宽度可以控制电机的速度或扭矩。

无刷直流电机

无刷直流电机与有刷电机的磁吸和排斥原理相同，但结构略有不同。与有刷电机的机械换向器和电刷不同，无刷电机通过电子换向器实现定子的磁场旋转，而这需要使用主动控制电子设备。

I在无刷电机中，转子上附有永磁体，定子上则装有绕组。转子可以放在内侧（如上图所示），也可以放在绕组外侧（有时称为“外转式”电机）。

无刷电机中用到的绕组数称为相数，它可以有不同的相数，但最常见的是三相无刷电机。另外，如小型冷却风扇等可能就只有一相或两相。

无刷电机的三个绕组通常以“星形”或“三角形”方式连接。无论哪种连接，都有三根线连接到电机，而且其驱动技术和波形都是相同的。

三相电机可以构建不同的磁配置，称为磁极。最简单的三相电机有两个磁极：转子只有一对磁极，一个N极，一个S极。当然也可以有更多的磁极，这需要在转子中配置更多的磁性部分，并在定子中增加更多绕组。磁极越多，性能越高，但极数少可以实现更高的速度。

要驱动三相无刷电机，三相绕组每相需要在根据转子位置状态，运行在高电位或低电位上。为此，通常采用三个“半桥”驱动电路来实现驱动，每个驱动电路都由两个开关组成。根据所需的电压和电流，开关可以是双极型晶体管、IGBT或MOSFET。

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标签： 直流电机 无刷电机 无刷直流电机

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