无刷电机与有刷电机区别

无刷电机与有刷电机是常见的两种电机类型，它们在结构、工作原理、性能特点、应用领域等方面有所不同。

1. 结构与工作原理

有刷电机

有刷电机是内含电刷装置的将电能转换成机械能(电动机)或将机械能转换成电能(发电机)的旋转电机。其主要结构包括定子、转子和电刷，通过旋转磁场获得转动力矩，从而输出动能。电机工作时，线圈和换向器旋转，磁钢和碳刷不转，线圈电流方向的交替变化是随电机转动的换相器和电刷来完成的。在有刷电机中，这个过程是将各组线圈的两个电源输入端，依次排成一个环，相互之间用绝缘材料分隔，组成一个像圆柱体的东西，与电机轴连成一体，电源通过两个碳元素做成的小柱子(碳刷)，在弹簧压力的作用下，从两个特定的固定位置，压在上面线圈电源输入环状圆柱上的两点，给一组线圈通电。碳电极在线圈接线头上滑动，像刷子在物体表面刷，因此叫碳"刷"。相互滑动,会摩擦碳刷,造成损耗,需要定期更换碳刷;碳刷与线圈接线头之间通断交替,会发生电火花,产生电磁破,干扰电子设备

无刷电机

无刷电机是由电动机主体和驱动器组成的机电一体化产品。无刷电机采取电子换向,线圈不动,磁极旋转。无刷电机中,换相的工作交由控制器中的控制电路(一般为霍尔传感器+控制器,更先进的技术是磁编码器)来完成。无刷电机,是使用一套电子设备,通过霍尔元件,感知永磁体磁极的位置,根据这种感知,使用电子线路,适时切换线圈中电流的方向,保证产生正确方向的磁力,来驱动电机。消除了有刷电机的缺点。无刷电机的控制器,还可以实现一些有刷电机不能实现的功能,比如调整电源切换角,制动电机,使电机反转,锁住电机,利用刹车信号,停止给电机供电

2. 性能特点

启动比较

有刷电机:电机响应速度快,起动扭矩大,速度从零到最大几乎感觉不到振动,起动时可带动更大的负荷。无刷电机:起动电阻大(抗),所以功率因素小,起动扭矩相对较小,起动时有啥啥声,并伴随着强烈震动,起动时带动负荷较小,振动大,只有在速度恒定时才会平稳

节能方面

无刷电机根据转子位置的实际情况,适时切换线中电流的方向,即使在不同的负载下,也可以保证时刻产生最大的扭矩。有刷电机的换相只能由碳刷决定,而且换向器和碳刷之间存在摩擦损耗。因此相对而言,无刷电机采用变频技术控制的会比有刷电机节能很多,最典型的就是变频空调和冰箱

维修方面

有刷电机需要更换碳刷,如果更换不及时会造成电机的损坏;无刷电机,使用寿命很长,通常是有刷电机的10倍以上,日常维护基本不需要,但是坏了就需要更换电机

电磁干扰方面

有刷电机运转中,碳刷与换向器通断交替,会发生电火花,产生电磁破,干扰电子设备。无刷电机除去了电刷,不存在有刷电机运转时产生的电火花,这样就极大减少了电火花对遥控无线电设备的干扰

噪音方面

有刷电机的碳刷和换向器之间存在摩擦,存在一定程度上的噪音。无刷电机没有碳刷,运转时摩擦力大大减小,运行顺畅,噪音也会低许多

精度控制方面

有刷电机通常和减速箱、译码器一起使用,使得电机的输出功率更大,控制精度更高,控制精度可以达到0.01毫米,几乎可以让运动部件停在任何想要的地方。无刷电机由于在启动和制动时不平稳,所以运动部件每次都会停到不同的位置上,必须通过定位销或限位器才可以停在想要的位置上

成本方面

有刷电机技术已经成熟,成本控制得更好一些;无刷电机控制较为复杂,需要较为精准的控制算法和高精度传感器信息输入,成本会相对高一些

3. 应用领域

无刷电机

无刷电机因为具有高功率密度、低磨损耐久性、适用于高负载和高转速应用的优点，而被越来越广泛应用；有刷电机具有执行力强、价格相对便宜等优点，仍然在特定应用领域保持一定的竞争力

有刷电机

有刷电机是传统产品，性能比较稳定。无刷电机是升级产品，其寿命性能比有刷电机好。但其控制电路比较复杂，对元件的老化筛选要求比较严格。因此选用无刷电机要经过严格的可靠性试验以确保质量。然而，随着技术的不断升级几步，无刷电机技术已经相当成熟

综上所述，无刷电机与有刷电机各有优缺点，在选择合适的电机时应根据具体的应用需求和技术条件进行考虑。