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什么是無刷電機
，和傳統(tǒng)電機對比有什么優(yōu)勢？

發(fā)布日期：2024-04-11 瀏覽次數(shù)：413

電動機的定子繞組多做成三相對稱星形接法

，同三相異步電動機十分相似

。電動機的轉(zhuǎn)子上粘有已充磁的永磁體，為了檢測電動機轉(zhuǎn)子的極性

，在電動機內(nèi)裝有位置傳感器

。驅(qū)動器由功率電子器件和集成電路等構(gòu)成，其功能是：接受電動機的啟動

、停止

、制動信號，以控制電動機的啟動

、停止和制動

；接受位置傳感器信號和正反轉(zhuǎn)信號，用來控制逆變橋各功率管的通斷

，產(chǎn)生連續(xù)轉(zhuǎn)矩

；接受速度指令和速度反饋信號，用來控制和調(diào)整轉(zhuǎn)速

；提供保護和顯示等等

。

近三十年來針對異步電動機變頻調(diào)速的研究，歸根到底是在尋找控制異步電動機轉(zhuǎn)矩的方法

，稀土永磁無刷直流電動機必將以其寬調(diào)速

、小體積、高效率和穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速誤差小等特點在調(diào)速領(lǐng)域顯現(xiàn)優(yōu)勢

。
無刷直流電機因為具有直流有刷電機的特性

，同時也是頻率變化的裝置，所以又名直流變頻

，國際通用名詞為BLDC

。無刷直流電機的運轉(zhuǎn)效率、低速轉(zhuǎn)矩

、轉(zhuǎn)速精度等都比任何控制技術(shù)的變頻器還要好

，所以值得業(yè)界關(guān)注。

無刷電機在我國的發(fā)展時間雖短

，但是隨著技術(shù)的日益成熟與完善得到了迅猛發(fā)展

。已在航模、醫(yī)療器械

、家用電器

、電動車等多個領(lǐng)域得到廣泛應用

，并在深圳、長沙

、上海等地形成初具規(guī)模產(chǎn)業(yè)鏈

。如深圳偉業(yè)電機、長沙科達等一批專業(yè)廠商

，在技術(shù)上不斷推進行業(yè)發(fā)展

。近幾年來，無刷電機成為在模型領(lǐng)域里快速發(fā)展的一種動力

。由于產(chǎn)量和價格的原因

，過去幾年無刷電機多使用在中高檔航空模型中，現(xiàn)在由于機械加工技術(shù)的快速發(fā)展

，無刷電機的生產(chǎn)成本下降許多

，目前它正進入模型領(lǐng)域的各個層面，從電動遙控車到電動遙控船再到電動模型飛機

，無處不在

。

工業(yè)原理：

無刷直流電動機是采用半導體開關(guān)器件來實現(xiàn)電子換向的，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

。它具有可靠性高

、無換向火花、機械噪聲低等優(yōu)點

，廣泛應用于高檔錄音座

、錄像機、電子儀器及自動化辦公設(shè)備中

。
無刷直流電動機由永磁體轉(zhuǎn)子

、多極繞組定子、位置傳感器等組成

。位置傳感按轉(zhuǎn)子位置的變化

，沿著一定次序?qū)Χㄗ永@組的電流進行換流（即檢測轉(zhuǎn)子磁極相對定子繞組的位置，并在確定的位置處產(chǎn)生位置傳感信號

，經(jīng)信號轉(zhuǎn)換電路處理后去控制功率開關(guān)電路

，按一定的邏輯關(guān)系進行繞組電流切換）。定子繞組的工作電壓由位置傳感器輸出控制的電子開關(guān)電路提供

。
位置傳感器有磁敏式

、光電式和電磁式三種類型。
采用磁敏式位置傳感器的無刷直流電動機

，其磁敏傳感器件（例如霍爾元件

、磁敏二極管、磁敏詁極管、磁敏電阻器或?qū)Ｓ眉呻娐返龋┭b在定子組件上

，用來檢測永磁體

、轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的磁場變化。
采用光電式位置傳感器的無刷直流電動機

，在定子組件上按一定位置配置了光電傳感器件

，轉(zhuǎn)子上裝有遮光板，光源為發(fā)光二極管或小燈泡

。轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，由于遮光板的作用

，定子上的光敏元器件將會按一定頻率間歇間生脈沖信號

。
采用電磁式位置傳感器的無刷直流電動機，是在定子組件上安裝有電磁傳感器部件（例如耦合變壓器

、接近開關(guān)

、LC諧振電路等），當永磁體轉(zhuǎn)子位置發(fā)生變化時

，電磁效應將使電磁傳感器產(chǎn)生高頻調(diào)制信號（其幅值隨轉(zhuǎn)子位置而變化）

。

結(jié)構(gòu)解析：

結(jié)構(gòu)上，無刷電機和有刷電機有相似之處

，也有轉(zhuǎn)子和定子

，只不過和有刷電機的結(jié)構(gòu)相反；有刷電機的轉(zhuǎn)子是線圈繞組

，和動力輸出軸相連

，定子是永磁磁鋼；無刷電機的轉(zhuǎn)子是永磁磁鋼

，連同外殼一起和輸出軸相連

，定子是繞組線圈，去掉了有刷電機用來交替變換電磁場的換向電刷

，故稱之為無刷電機（Brushless motor）

，那現(xiàn)在就有問題了，沒有了電磁場的變換

，如何讓無刷電機轉(zhuǎn)動呢

？
簡單而言，依靠改變輸入到無刷電機定子線圈上的電流波交變頻率和波形

，在繞組線圈周圍形成一個繞電機幾何軸心旋轉(zhuǎn)的磁場

，這個磁場驅(qū)動轉(zhuǎn)子上的永磁磁鋼轉(zhuǎn)動，電機就轉(zhuǎn)起來了

，電機的性能和磁鋼數(shù)量

、磁鋼磁通強度、電機輸入電壓大小等因素有關(guān)

，更與無刷電機的控制性能有很大關(guān)系

，因為輸入的是直流電

，電流需要電子調(diào)速器將其變成3相交流電，還需要從遙控器接收機那里接收控制信號

，控制電機的轉(zhuǎn)速

，以滿足模型使用需要。總的來說

，無刷電機的結(jié)構(gòu)是比較簡單的

，真正決定其使用性能的還是無刷電子調(diào)速器，好的電子調(diào)速器需要有單片機控制程序設(shè)計

、電路設(shè)計

、復雜加工工藝等過程的總體控制，所以價格要比有刷電機高出很多

。

無刷電機和有刷電機對比優(yōu)勢：

無刷電機和有刷電機的對比如下所示：
有刷電機缺點
（1）摩擦大

，損耗大
老模友們在以前玩有刷電機的時候都碰到這個問題，那就是使用電機一段時間以后

，需要打開電機來清理電機的碳刷

，費時費力，維護強度不亞于來一次家庭大掃除

。
（2）發(fā)熱大

，壽命短
由于有刷電機的結(jié)構(gòu)原因，電刷和換向器的接觸電阻很大

，造成電機整體電阻較大

，容易發(fā)熱，而永磁體是熱敏元件

，如果溫度太高的話

，磁鋼是會退磁的，使電機性能下降

，影響有刷電機的壽命

。
（3）效率低，輸出功率小
上面說到的有刷電機發(fā)熱問題

，很大程度是因為電流做功在電機內(nèi)部電阻上了

，所以電能有很大程度轉(zhuǎn)化為了熱能，所以有刷電機的輸出功率不大

，效率也不高

。 [2]
無刷電機優(yōu)點
（1）無電刷、低干擾
無刷電機去除了電刷

，最直接的變化就是沒有了有刷電機運轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的電火花

，這樣就極大減少了電火花對遙控無線電設(shè)備的干擾。
（2）噪音低，運轉(zhuǎn)順暢
無刷電機沒有了電刷

，運轉(zhuǎn)時摩擦力大大減小

，運行順暢，噪音會低許多

，這個優(yōu)點對于模型運行穩(wěn)定性是一個巨大的支持

。
（3）壽命長，低維護成本
少了電刷

，無刷電機的磨損主要是在軸承上了

，從機械角度看，無刷電機幾乎是一種免維護的電動機了

，必要的時候

，只需做一些除塵維護即可。上下一比較

，就知道無刷電機相對于有刷電機的優(yōu)勢在哪里了，但是萬事都不是絕對的

，有刷電機低速扭力性能優(yōu)異

、轉(zhuǎn)矩大等性能特點是無刷電機不可替代的，不過就無刷電機的使用方便性來看

，隨著無刷控制器的成本下降趨勢和國內(nèi)外無刷技術(shù)的發(fā)展與市場競爭

，無刷動力系統(tǒng)正在高速的發(fā)展與普及階段，這也極大促進了模型運動的發(fā)展

。
其他區(qū)別
（1）適用范圍：
無刷電機：通常被使用在控制要求比較高

，轉(zhuǎn)速比較高的設(shè)備上，如航模

，精密儀器儀表等對電機轉(zhuǎn)速控制嚴格

，轉(zhuǎn)速達到很高的設(shè)備上。
碳刷電機：通常動力設(shè)備使用的都是有刷電機

，如吹風機

、工廠的電動機、家用的抽油煙機等等

，另外串激電機的轉(zhuǎn)速也能達到很高

，但是由于碳刷的磨損，使用壽命不如無刷電機

。
（2）使用壽命：
無刷電機：通常使用壽命在幾萬小時這個數(shù)量級

，但是由于軸承的不同無刷電機使用壽命也有很大不同。
碳刷電機：通常有刷電機的連續(xù)工作壽命在幾百到1千多個小時

，到達使用極限就需要更換碳刷

，不然很容易造成軸承的磨損。
（3）使用效果：
無刷電機：通常是數(shù)字變頻控制，可控性強

，從每分鐘幾轉(zhuǎn)

，到每分鐘幾萬轉(zhuǎn)都可以很容易實現(xiàn)。
碳刷電機：舊碳刷電機一般啟動以后工作轉(zhuǎn)速恒定

，調(diào)速不是很容易

，串激電機也能達到20000轉(zhuǎn)/分，但是使用壽命會比較短

。
（4）節(jié)能方面：
相對而言

，無刷電機采用變頻技術(shù)控制的會比串激電機節(jié)能很多，最典型的就是變頻空調(diào)和冰箱

。
（5）日后維修方面：
碳刷電機需要更換碳刷

，如果更換不及時會造成電機的損壞，而無刷電機

，使用壽命很長

，通常是有刷電機的10倍以上，但是壞了就需要更換電機

，但日常維護基本不需要

。
（6）噪音方面與是否是有刷電機無關(guān)，主要是看軸承和電機內(nèi)部組件的配合情況

。
（7）模型無刷電機的參數(shù)指標

，除了外形尺寸（外徑、長度

、軸徑等）

、重量、電壓范圍

、空載電流

、最大電流等參數(shù)外，還少不了一個重要指標KV值

，這個數(shù)值是無刷電機獨有的一個性能參數(shù)

，是判斷無刷電機性能特點的一個重要數(shù)據(jù)。

無刷電機負壓風機,無刷電機工業(yè)排氣扇,歐鐠斯的負壓風機采用永持直流無刷電機

，比傳統(tǒng)異步電機可以節(jié)省一大半的電費

，對企業(yè)來說可以大大節(jié)省成本。

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