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有刷與無刷？直流與交流？直流無刷師啥？全文分三部分進(jìn)行梳理：

一

這里為大家科普一下：

一：有刷電機(jī)的知識

有刷電機(jī)中它包含了一個電刷裝置，它能把電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能量，或者把機(jī)械能量轉(zhuǎn)化為電能。有刷電機(jī)是一切電機(jī)的基礎(chǔ)，具有啟動快、制動及時、在大范圍平穩(wěn)調(diào)速、控制電路相對簡單等優(yōu)點(diǎn)。

結(jié)構(gòu)原理：有刷電機(jī)主要由定子和轉(zhuǎn)子構(gòu)成，定子上有磁極（繞組或永磁體），轉(zhuǎn)子上有繞組，加了電后，轉(zhuǎn)子上也會產(chǎn)生一個磁場（磁極），在定子磁場（N和 S）的作用下，電動機(jī)轉(zhuǎn)動。通過改變電刷的位置，可以使定轉(zhuǎn)子磁極的角度發(fā)生變化（假定轉(zhuǎn)子的磁極朝向定子磁極的方向是電動機(jī)的轉(zhuǎn)動方向），使電動機(jī)的轉(zhuǎn)動方向發(fā)生變化。

這里特別要說明一點(diǎn)的就是：有刷電機(jī)是由直流電供電的，所以一般稱有刷電機(jī)又叫“直流電機(jī)”。

二：無刷電機(jī)的知識

無刷電機(jī)是由電動機(jī)本體和驅(qū)動器組成的，由于無刷電動機(jī)采用自控方式運(yùn)行，因此不需要采用變頻調(diào)速方式重載起動電動機(jī)在轉(zhuǎn)子上附加起動繞組，也不會因負(fù)載突變而產(chǎn)生振蕩或失步。

無刷電機(jī)采用半導(dǎo)體開關(guān)器件實現(xiàn)電子換向，即用電子開關(guān)器件代替?zhèn)鹘y(tǒng)的接觸式換向器和電刷。無刷電機(jī)由永磁轉(zhuǎn)子、多極繞組定子、位置傳感器等組成.位置傳感器根據(jù)轉(zhuǎn)子位置的變化，按一定順序換流定子繞組電流（即，檢測轉(zhuǎn)子磁極相對于定子繞組的位置，產(chǎn)生位置檢測信號，由信號轉(zhuǎn)換電路對功率開關(guān)電路進(jìn)行控制，繞組電流按一定邏輯關(guān)系切換）。通過位置傳感器輸出控制的電子開關(guān)電路提供定子繞組的工作電壓。

無刷電機(jī)可靠性高，無換向火花，低機(jī)械噪聲，廣泛用于高檔錄像機(jī)、錄像機(jī)、電子儀器和自動化辦公設(shè)備。這里特別要說明一點(diǎn)的就是，很多人都覺得無刷電機(jī)就是直流電機(jī)，所以才叫“無刷直流電機(jī)”，實際上無刷電機(jī)結(jié)構(gòu)形式常見分兩種，就是無刷直流電機(jī)與交流式換相無刷電機(jī)。無刷交流電動機(jī)就是我們常說的三相交流永磁電動機(jī)。

???注：以前在通常情況下，?有刷電機(jī)是指電機(jī)是直流電輸入，而無刷電機(jī)通常指的就是個三相交流電機(jī)。當(dāng)然，近年來出現(xiàn)了新的直流無刷電機(jī)，目前也正在某些領(lǐng)域大力推廣應(yīng)用。

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無刷電機(jī)的特性：

? 1）采用電子換向具備直流外部特性的電機(jī)叫做無刷電機(jī)。因為無刷電機(jī)的出現(xiàn)，打破了交流，直流調(diào)速系統(tǒng)之間的嚴(yán)格界限。

? 2）無刷直流電動機(jī)的電能以直流模式提供，根據(jù)獲取直流電能的方法，無刷直流電動機(jī)的主要實現(xiàn)方法有兩種:交-直-交控制系統(tǒng)和直-交控制系統(tǒng)兩種，通常稱為方波。

? ? 3）交流換向無刷電動機(jī)使用晶閘管。變頻器將50Hz交流電直接轉(zhuǎn)換為交流電，其頻率隨轉(zhuǎn)子變化而提供給電機(jī)，其調(diào)速特性也類似于直流電動機(jī)。此時，電動機(jī)的輸入為正弦波。

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? ? ? 小結(jié)：

? ? ? 可以看出，實際上，交流換向無刷電動機(jī)比無刷直流電動機(jī)復(fù)雜得多，在實際命名中，實際上存在一些差異，無刷直流電動機(jī)始終使用原始名稱，交流換向無刷電動機(jī)稱為永磁同步電動機(jī)。

? ? ?如果換相器在電動機(jī)內(nèi)部，則如果輸入為直流，則仍可以稱為直流電動機(jī)，但是大功率換相器。通常在電動機(jī)外部，因此通過電動機(jī)提供的功率經(jīng)過換相器實際上是交流電，無刷直流電動機(jī)在結(jié)構(gòu)上與永磁同步交流電動機(jī)比較相似，區(qū)別在于無刷直流電動機(jī)的輸入為方波，而永磁同步電動機(jī)的輸入為正弦波。

? ? ? 說到這里，有朋友要問了，那現(xiàn)在所說的直流無刷電機(jī)到底師直流還是交流電機(jī)？有人說它實際上還是交流電機(jī)師否錯誤呢？

回答：無刷直流電機(jī)是直流電機(jī)。因為它使用且僅能使用直流電工作。但是直流無刷電機(jī)很多時候都被說成是交流電機(jī)，因為直流是通過專震蕩電路轉(zhuǎn)變成交流屬的，所以它的本質(zhì)其實還是交流，只是我們在判斷是直流還是交流的時候是以輸入電路的類型來命名的。

二

直流有刷電機(jī)和直流無刷電機(jī)的差別

直流有刷電機(jī)和直流無刷電機(jī)的差別如下：

1. 不同的工作原理

直流有刷電機(jī)的工作原理：電機(jī)旋轉(zhuǎn)時，碳刷在換向器上滑動，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，被定子的靜磁場吸引。電樞和定子繞組中的電流由電池或其他直流電源提供，以向電池(或直流電源)提供恒定的直流電壓。

直流無刷電機(jī)的工作原理：在電機(jī)的轉(zhuǎn)子上附著磁化的永磁體，檢測電機(jī)轉(zhuǎn)子的極性，由驅(qū)動器控制電機(jī)的啟動、停止和制動，控制逆變橋各功率管的開關(guān)，產(chǎn)生連續(xù)的轉(zhuǎn)矩，并控制和調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，提供保護(hù)和顯示等。

2. 性能的不同

直流有刷電機(jī)機(jī)構(gòu)簡單，生產(chǎn)加工容易，在19世紀(jì)便得到了廣泛應(yīng)用，技術(shù)發(fā)展較為成熟，直流有刷電機(jī)輸出功率更大，控制精度更高，控制精度可以達(dá)到0.01毫米，幾乎可以讓運(yùn)動部件停在任何想要的地方，所有精密機(jī)床都是采用直流電機(jī)控制精度。

直流無刷電機(jī)近十幾年才慢慢投入商業(yè)運(yùn)營，技術(shù)較為不成熟，無刷電機(jī)起動電阻大（感抗），起動扭矩相對較小。直流無刷電機(jī)干擾更低、噪音更低、壽命更長、維護(hù)成本更低。

3. 結(jié)構(gòu)組成不同

直流有刷電機(jī)的基本部件包括定子、轉(zhuǎn)子、電刷和換向器。定子和轉(zhuǎn)子磁場相互作用驅(qū)動電機(jī)旋轉(zhuǎn)。

直流無刷電機(jī)由電機(jī)本體和驅(qū)動器組成，電機(jī)定子繞組多做成三相對稱星形連接，驅(qū)動器由電力電子器件和集成電路組成。

4. 調(diào)速方式的不同

實際上兩種電機(jī)的控制都是調(diào)壓，只是由于直流無刷采用了電子換向，所以要有數(shù)字控制才可以實現(xiàn)了，而直流有刷是通過碳刷換向的，利用可控硅等傳統(tǒng)模擬電路都可以控制，比較簡單。

相對直流有刷電機(jī)，直流無刷電機(jī)去除了電刷，最直接的變化就是沒有了有刷電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的電火花，這樣就極大減少了電火花對遙控?zé)o線電設(shè)備的干擾。

無刷電機(jī)沒有了電刷，運(yùn)轉(zhuǎn)時摩擦力大大減小，運(yùn)行順暢，噪音會低許多，這個優(yōu)點(diǎn)對于模型運(yùn)行穩(wěn)定性是一個巨大的支持。少了電刷，無刷電機(jī)的磨損主要是在軸承上了，從機(jī)械角度看，無刷電機(jī)幾乎是一種免維護(hù)的電機(jī)了，必要的時候，只需做一些除塵維護(hù)即可。

三

有刷電機(jī)與無刷電機(jī)哪個噪音大？

? ? ??一般情況下，無刷電機(jī)（Brushless Motor）比有刷電機(jī)（Brushed Motor）噪音較低。? ? ? ?這是因為無刷電機(jī)使用電子控制器（電調(diào)）來驅(qū)動轉(zhuǎn)子，而有刷電機(jī)則通過碳刷與電刷聯(lián)系來實現(xiàn)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動。由于無刷電機(jī)沒有機(jī)械接觸，因此產(chǎn)生的摩擦和噪音較少。

? ? ?有刷電機(jī)的電刷和碳刷之間摩擦?xí)鹨恍┰胍?，而且由于刷子的磨損，隨著時間的推移噪音可能會增加。相比之下，無刷電機(jī)的運(yùn)行更加平穩(wěn)，減少了噪音的來源。

? ? ? 需要注意的是，不同類型的電機(jī)在設(shè)計、制造和應(yīng)用中會有一定的差異，因此實際噪音水平可能會受到許多因素的影響。但一般來說，無刷電機(jī)通常會比有刷電機(jī)產(chǎn)生更少的噪音。

四

無刷直流電機(jī)的工作原理

1、無刷直流電機(jī)（BLDC）的工作原理：

? ? ?無刷直流電機(jī)由電機(jī)本體和驅(qū)動器組成，是典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品。無刷電機(jī)是指沒有電刷和換向器（或集電環(huán)）的電機(jī)，又稱無換向器電機(jī)，使用頻率較高。

? ? ?無刷直流電機(jī)是一種同步電動機(jī)，它的轉(zhuǎn)子是由磁鐵組成的，通過控制定子上的電流來實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)。BLDC電機(jī)沒有電刷和電刷環(huán)，轉(zhuǎn)子上的磁鐵由電子元器件控制。因此，BLDC電機(jī)具有高效率、高可靠性和低噪聲等優(yōu)點(diǎn)。

? ? ? 無刷直流電機(jī)通常由電子元器件（例如功率MOSFET、IGBT、集成電路等）、轉(zhuǎn)子、定子和傳感器組成。在運(yùn)行時，控制器向電機(jī)的定子通電，并將電流調(diào)節(jié)為一個特定的波形。傳感器用于監(jiān)測電機(jī)的位置和速度，并將信息反饋給控制器，以便控制器可以調(diào)節(jié)電流的相位和大小來控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向。

? ? ? 考慮以下在定子A、B和C中安裝三個繞組的步驟。讓用單個磁鐵替換轉(zhuǎn)子以使事情更容易理解。

當(dāng)電流通過線圈時，會產(chǎn)生磁場，而磁場線的方向（即所得磁鐵的磁極）由電流方向決定。

根據(jù)這個概念，如果向線圈A發(fā)送電流，它將產(chǎn)生磁場并吸引轉(zhuǎn)子磁鐵。轉(zhuǎn)子磁鐵將有一個小的順時針偏移量，并與A對齊。

如果現(xiàn)在讓電流一個接一個地流過線圈B和C（按此順序），轉(zhuǎn)子磁鐵將順時針旋轉(zhuǎn)。

為了提高效率，可以用一個線圈包裹相反的線圈，從而產(chǎn)生雙重吸引力。為了進(jìn)一步提高效率，兩個線圈可以同時通電，一個線圈吸引磁鐵，另一個線圈排斥磁鐵。第三個將在此期間閑置。

線圈A、B和C的六種不同組合可用于使轉(zhuǎn)子磁體旋轉(zhuǎn)3600圈，如下面的時序圖所示。

根據(jù)上面的示意圖（或浮動），始終可以確保一相為正，一相為負(fù)，第三相閑置。根據(jù)上圖，有兩個開關(guān)階段，具體取決于霍爾傳感器的輸入。

2、直流無刷電動機(jī)的構(gòu)造

直流無刷電機(jī)是由定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成的。定子通常采用鐵芯、線圈等材料制成，其內(nèi)部包括磁場傳感器和換向電路。而轉(zhuǎn)子則包括永磁體、轉(zhuǎn)子軸、循環(huán)器等部分。值得注意的是，直流無刷電機(jī)與傳統(tǒng)電機(jī)相比，最大的區(qū)別在于它沒有通電的集電刷和旋轉(zhuǎn)的交流電機(jī)。

3、無刷直流電機(jī)的特點(diǎn)

（1）優(yōu)點(diǎn)

? 1）高效率：BLDC電機(jī)沒有電刷摩擦，能夠?qū)崿F(xiàn)高效率的轉(zhuǎn)換，因此比傳統(tǒng)的有刷直流電機(jī)更加節(jié)能。

? 2）高精度：BLDC電機(jī)采用數(shù)字控制技術(shù)，能夠精確地控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向，因此可以在高精度的應(yīng)用中使用。

? 3）高可靠性：BLDC電機(jī)由于沒有電刷和電刷環(huán)，不會因為電刷磨損而導(dǎo)致故障，因此具有高可靠性和長壽命。

? 4）更好的速度和扭矩特性。

? 5）低噪聲：BLDC電機(jī)沒有電刷摩擦和換向電流的噪聲，因此噪聲水平很低。

? 6）無磨損，易于維護(hù)：BLDC電機(jī)不需要定期更換電刷和電刷環(huán)，因此維護(hù)成本低。

（2）其他特點(diǎn)：

? ? 1）使用微處理器實現(xiàn)定點(diǎn)或浮點(diǎn)控制器

（3）直流無刷電動機(jī)也存在一些缺點(diǎn)。

? ? ? ?比如在高負(fù)載下運(yùn)轉(zhuǎn)時，容易出現(xiàn)失速現(xiàn)象；同時，由于其內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維修難度較大，且成本較高。目前仍在技術(shù)更新與進(jìn)步，克服缺點(diǎn)后前景廣闊。

4、無刷直流電機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域

BLDC電機(jī)被廣泛應(yīng)用于許多領(lǐng)域，包括：

1.醫(yī)療設(shè)備：BLDC電機(jī)可以用于醫(yī)療設(shè)備，如手術(shù)機(jī)器人、藥物輸送泵、呼吸機(jī)等。

2.工業(yè)自動化：BLDC電機(jī)可以用于工業(yè)自動化設(shè)備，如機(jī)床、印刷機(jī)、食品加工機(jī)械等。

3.家用電器：BLDC電機(jī)可以用于家用電器，如洗衣機(jī)、洗碗機(jī)、吸塵器等。

4.汽車行業(yè)：BLDC電機(jī)可以用于電動汽車、混合動力汽車、電動自行車等。

5.航空航天：BLDC電機(jī)可以用于航空航天領(lǐng)域，如導(dǎo)航設(shè)備、無人機(jī)等。

6.新能源領(lǐng)域：BLDC電機(jī)可以用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)、太陽能發(fā)電機(jī)、水力發(fā)電機(jī)等。

5、無刷直流電機(jī)的未來發(fā)展方向

隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，無刷直流電機(jī)在未來的發(fā)展中有許多可能性：

1.高效率：研究新的材料和制造工藝，以提高BLDC電機(jī)的效率。

2.高功率密度：研究新的電機(jī)設(shè)計和制造工藝，以提高BLDC電機(jī)的功率密度。

3.高可靠性：開發(fā)新的故障檢測和診斷技術(shù)，以提高BLDC電機(jī)的可靠性。

4.智能控制：開發(fā)新的控制算法和智能系統(tǒng)，以提高BLDC電機(jī)的性能和控制精度。

5.綠色環(huán)保：開發(fā)新的綠色材料和生產(chǎn)工藝，以減少BLDC電機(jī)對環(huán)境的影響。

? ? ? 總之，無刷直流電機(jī)是一種高效率、高精度、高可靠性的電動機(jī)，具有廣泛的應(yīng)用前景。未來，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，BLDC電機(jī)將會越來越普及，并在許多領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。

聲明：部分資料、圖片源自網(wǎng)絡(luò)，僅為整理供學(xué)習(xí)交流用。

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