永磁无刷直流电机的优缺点

直流有刷/无刷DC电机的优缺点及选型注意事项随着对低能耗、高安全性、高可靠性和精确控制的需求不断提升，工业自动化的工业驱动日趋复杂，需要尖端的电机技术的支持。

本期大讲台将详细解读直流有刷电机和直流无刷电机的优缺点、设计要素等相关内容。

有刷DC电机刷式直流电机是现有历史最久的电机拓扑之一。

它们将固定刷子安装在定子机座上，摩擦转子上的换向片，而后者又连接至旋转的线圈段。

随着电机旋转，不同转子线圈不断连接和断开，这样转子产生的净磁场相对于定子机座就是固定的，且通过定子磁场正确定向，从而产生扭矩。

当换向片旋转过刷子时，这些特定转子线圈段的电触头将会断开。

由于转子线圈是电感的，而电感器生成高回扫电压来抵抗电流变化，因此刷子和断开的换向片之间会产生火花。

这些火花会导致很多负面结果，如电噪声、效率降低，以及某些情况下的危险操作。

此外，刷子必须安装弹簧来抵抗换向片，以确保电接触良好。

这进一步降低了效率，需要定期维护更换刷子。

尽管有诸多劣势，但刷式直流电机有一显著优势：成本。

由于控制刷式直流电机相对简单，因此还广泛用于系统成本是主要驱动因素的应用中。

在使用永久磁性生成定子磁通的拓扑中，产生的速度/扭矩曲线非常有线性特征。

因此，刷式直流电机历来常用于工业伺服应用，速度和扭矩分别与所应用的电压和电流成正比。

但是，半导体器件的跌价使得电源转换和控制的成本降低。

因此，许多直流电机被交流电机所取代，后者带来了效率和可靠性提高等优势。

刷式直流电机的主题多种多样，如直流并联电机和通用电机，两者都使用定子线圈代替永久磁性。

在直流并联电机中，定子线圈与转子电路并联;而在通用电机中，定子线圈与转子串联。

通用电机在家电应用中尤其常用，因为它具有高启动扭矩，可以高速运行。

只需添加串联晶闸管并进行交流相位控制，便可轻松对通用电机进行速度控制。

但是，刷子/换向器结构常见于这些电机类型，因此它们具有标准PM 刷式直流电机相同的劣势。

无刷直流电机（BLDC）。

永磁无刷直流电机的结构一、引言永磁无刷直流电机是一种高效率、高功率密度的电机，被广泛应用于家用电器、工业自动化、交通运输等领域。

本文将介绍永磁无刷直流电机的结构。

二、永磁无刷直流电机的基本结构1.转子永磁无刷直流电机的转子由永磁体和轴承组成。

永磁体通常采用稀土永磁材料，具有高矫顽力和高能量密度等特点，能够提供强大的磁场。

轴承则起到支撑和定位转子的作用。

2.定子永磁无刷直流电机的定子由铜线圈和铁芯组成。

铜线圈通常采用绕组方式制成，通过在定子中产生旋转磁场来驱动转子旋转。

铁芯则起到集中和导向磁场的作用。

3.传感器为了实现精确控制和保护，永磁无刷直流电机通常配备传感器。

传感器可以测量旋转速度、位置和温度等参数，并将其反馈给控制器进行处理。

4.控制器永磁无刷直流电机的控制器是一个重要的部件，它可以实现电机的启停、速度和位置控制、保护等功能。

控制器通常由微处理器、功率驱动芯片和其他电路组成。

三、永磁无刷直流电机的工作原理永磁无刷直流电机的工作原理基于法拉第定律和洛伦兹力定律。

当通过定子绕组通以直流电时，会在定子中产生一个旋转磁场。

由于转子上有永磁体，所以会在转子上产生一个与定子磁场相互作用的力，从而使转子开始旋转。

传感器可以测量转子位置和速度，并将其反馈给控制器进行处理，从而实现精确控制。

四、永磁无刷直流电机的优点1.高效率：由于采用了无刷结构，永磁无刷直流电机具有高效率和低能耗。

2.高功率密度：由于采用了稀土永磁材料和先进加工技术，永磁无刷直流电机具有高功率密度。

3.精确控制：配备传感器和控制器，可以实现精确的速度和位置控制。

4.可靠性高：由于无刷结构和传感器的使用，永磁无刷直流电机具有较高的可靠性。

五、永磁无刷直流电机的应用1.家用电器：如洗衣机、空调、吸尘器等。

2.工业自动化：如机床、自动化生产线等。

3.交通运输：如电动汽车、轮船、飞机等。

六、结论永磁无刷直流电机是一种高效率、高功率密度的电机，具有精确控制和高可靠性等优点，被广泛应用于家用电器、工业自动化和交通运输等领域。

用途永磁直流电机是用永磁体建立磁场的一种直流电机。

永磁直流电机广泛应用于各种便携式的电子设备或器具中，如录音机、VCD机、电唱机、电动按摩器及各种玩具，也广泛应用于汽车、摩托车、电动自行车、蓄电池车、船舶、航空、机械等行业，在一些高精尖产品中也有广泛应用，如录像机、复印机、照相机、手机、精密机床、银行点钞机、捆钞机等。

在舞台灯光方面，永磁直流电机，特别是小型永磁直流齿轮电机的用量非常大。

计算机行业中的打印机、扫描仪、硬盘驱动器、光盘驱动器、刻录机、冷却风扇等都要用到大量的永磁直流电机。

汽车行业中的各种风扇、刮水器、喷水泵、熄火器、反视镜、打气泵更是用到各种永磁直流电机。

宾馆中的自动门、自动门锁、自动窗帘、自动给水系统、柔巾机等都用到永磁直流电机、在武器装备中，永磁直流电机广泛应用于导弹、火炮、人造卫星、宇宙飞船、舰艇、飞机、坦克、火箭、雷达、战车等场合。

在工农业方面，永磁直流电机也广泛用于电气和自动化控制及仪器仪表中。

在医用方面，永磁直流电机用处更不小，如医用的各种仪器、手术工具，如开脑手术中的电动锯骨刀，特别是野外手术中的各种仪器基本上都是用的永磁直流电机。

在残疾人用品方面，如机械手、残疾车等都用到永磁直流电机。

在生活方面，用处更多，连牙刷也用永磁直流电机做成电动牙刷了。

永磁直流电机的应用真是举不胜举，可以说是无处不在。

随着时代的发展，永磁直流电机的应用会更多，原先用交流电机的许多场合均被永磁直流电机所替代。

特别是出现永磁无刷电机后，永磁直流电机的生产数量在不断地上升。

我国每年生产的各种永磁直流电机大达数十亿台以上，生产永磁直流电机的厂家不计其数。

特点1、可替代直流电机调速、变频器+变频电机调速、异步电机+减速机调速；2、具有传统直流电机的优点，同时又取消了碳刷、滑环结构；3、可以低速大功率运行，可以省去减速机直接驱动大的负载；4、体积小、重量轻、出力大；5、转矩特性优异，中、低速转矩性能好，启动转矩大，启动电流小；6、无级调速，调速范围广，过载能力强；7、软启软停、制动特性好，可省去原有的机械制动或电磁制动装置；8、效率高，电机本身没有励磁损耗和碳刷损耗，消除了多级减速耗，综合节电率可达20%~60%。

无刷直流电动机与永磁同步电动机的结构和性能比较1.在电动机结构与设计方面这两种电动机的基本结构相同，有永磁转子和与交流电动机类似的定子结构。

但永磁同步电动机要求有一个正弦的反电动势波形，所以在设计上有不同的考虑。

它的转子设计努力获得正弦的气隙磁通密度分布波形。

而无刷直流电机需要有梯形反电动势波，所以转子通常按等气隙磁通密度设计。

绕组设计方面进行同样目的的配合。

此外，BLDC控制希望有一个低电感的绕组，减低负载时引起的转速下降，所以通常采用磁片表贴式转子结构。

内置式永磁（IPM）转子电动机不太适合无刷直流电动机控制，因为它的电感偏高。

IPM结构常常用于永磁同步电动机，和表面安装转子结构相比，可使电动机增加约15%的转矩。

2.转矩波动两种电动机性能最引人关注的是在转矩平稳性上的差异。

运行时的转矩波动由许多不同因素造成，首先是齿槽转矩的存在。

已研究出多种卓有成效的齿槽转矩最小化设计措施。

例如定子斜槽或转子磁极斜极可使齿槽转矩降低到额定转矩的1%～2%以下。

原则上，永磁同步电动机和无刷直流电动机的齿槽转矩没有太大区别。

其他原因的转矩波动本质上是独立于齿槽转矩的，没有齿槽转矩时也可能存在。

如前所述，由于永磁同步电动机和无刷直流电动机相电流波形的不同，为了产生恒定转矩，永磁同步电动机需要正弦波电流，而无刷直流电动机需要矩形波电流。

但是，永磁同步电动机需要的正弦波电流是可能实现的，而无刷直流电动机需要的矩形波电流是难以做到的。

因为无刷直流电动机绕组存在一定的电感，它妨碍了电流的快速变化。

无刷直流电动机的实际电流上升需要经历一段时间，电流从其最大值回到零也需要一定的时间。

因此，在绕组换相过程中，输入到无刷直流电动机的相电流是接近梯形的而不是矩形的。

每相反电动势梯形波平顶部分的宽度很难达到120°。

正是这种偏离导致无刷直流电机存在换相转矩波动。

在永磁同步电动机中驱动器换相转矩波动几乎是没有的，它的转矩纹波主要是电流纹波造成的。

无刷电机
优点
a）电子换向来代替传统的机械换向，性能可靠、永无磨损、故障率低，寿命比有刷电机提高了约6倍，代表了电动机的发展方向；
b）属静态电机，空载电流小；
c）效率高；
d）体积小。

缺点
a）低速起动时有轻微振动，如速度加大换相频率增大，就感觉不到振动现象了；
b）价格高，控制器要求高；
c）易形成共振，因为任何一件东西都有一个固有振动频率，如果无刷电机的振动频率与车架或塑料件的振动频率相同或接近时就容易形成共振现象，但可以通过调整将共振现象减小到最小程度。

所以采用无刷电机驱动的电动车有时会发出一种嗡嗡的声音是一种正常的现象。

d）脚踏骑行时较费力，最好是电力驱动与脚踏助力相结合。

永磁直流无刷电机极对数简介永磁直流无刷电机是一种常见的电动机类型，它以永磁体作为励磁源，通过电流控制来实现转子的旋转。

而极对数则是描述电机结构中极对数量的一个重要参数。

本文将详细介绍永磁直流无刷电机和极对数之间的关系，并探讨其在实际应用中的意义和影响。

永磁直流无刷电机结构和原理永磁直流无刷电机由定子和转子组成。

定子是由线圈绕制而成，通常称为绕组。

而转子则由永磁体组成，可以是多枚或单枚永磁体。

当绕组通以电流时，会在定子上产生一个旋转的磁场。

同时，转子上的永磁体也会产生一个固定的磁场。

由于这两个磁场之间存在相互作用力，使得转子开始旋转。

优势和应用领域相比传统的直流有刷电机，永磁直流无刷电机具有以下几个优势：•高效率：由于无刷电机没有摩擦损耗和电刷接触的能量损失，其效率通常比有刷电机高。

•高功率密度：无刷电机的结构紧凑，可以在相同体积下提供更大的功率输出。

•高速性能：由于无刷电机采用了先进的控制算法，可以实现更高的转速和更精确的转矩控制。

基于以上优势，永磁直流无刷电机广泛应用于工业自动化、机器人、电动汽车、风力发电等领域。

极对数定义和计算方法极对数是指永磁直流无刷电机中极对（即定子线圈与转子永磁体之间的组合）的数量。

一般来说，极对数越多，电机的输出扭矩越大。

极对数的计算方法如下：1.首先确定定子线圈数目（一般为奇数）和转子永磁体数目。

2.将定子线圈依次编号为1、2、3…，同时将转子永磁体分为两组，并分别编号为A组和B组。

3.根据定子线圈和转子永磁体的数目，可以计算出总的极对数。

具体计算方法为：极对数 = 定子线圈数目 / 2。

意义和影响极对数是永磁直流无刷电机设计中一个重要的参数，它直接影响到电机的输出扭矩和性能。

较大的极对数意味着更多的定子线圈和转子永磁体组合，从而可以产生更大的磁场相互作用力，提供更高的输出扭矩。

因此，在需要较大输出扭矩和高效率的应用中，通常会选择具有较多极对的永磁直流无刷电机。

实际应用电动汽车随着电动汽车市场的快速发展，永磁直流无刷电机在电动汽车驱动系统中得到了广泛应用。

有刷和无刷永磁直流电机的主要区别在于永磁有刷直流电机的励磁绕组用永磁铁代替的。

下面具体讲解下。

永磁无刷直流电动机：是由一块或多块永磁体建立磁场的直流电动机，其性能与恒定励磁电流的他励直流电动机相似，可以由改变电枢电压来方便地调速。

与他励式直流电动机相比，具有体积小、效率高、结构简单、用铜量少等优点，是小功率直流电动机的主要类型。

永磁有刷直流电机：有刷电机的定子上安装有固定的主磁极和电刷，转子上安装有电枢绕组和换向器。

直流电源的电能通过电刷和换向器进入电枢绕组，产生电枢电流，电枢电流产生的磁场与主磁场相互作用产生电磁转矩，使电机旋转带动负载。

由于电刷和换向器的存在，有刷电机的结构复杂，可靠性差，故障多，维护工作量大，寿命短，换向火花易产生电磁干扰。

永磁直流无刷电机和永磁同步电机1. 引言说到电机，很多人可能觉得这就是个硬邦邦的技术话题，其实啊，电机就像我们生活中的小助手，默默为我们的日常服务。

今天，我们就来聊聊两种电机：永磁直流无刷电机（BLDC）和永磁同步电机（PMSM）。

它们都是以“永磁”命名，听起来是不是很高大上？实际上，这两位“电机明星”各有千秋，各有自己的粉丝群体，来，咱们一起深入了解一下它们的故事。

2. 永磁直流无刷电机（BLDC）2.1 什么是BLDC？首先，永磁直流无刷电机就像是一位现代的“高科技小伙”，它的无刷设计让它比传统的有刷电机更加出色。

大家知道，电机里有刷子，像是老古董，容易磨损，还得频繁换，真是让人烦。

可是BLDC就不同了，它彻底告别了刷子，效率高得惊人，使用寿命也大大延长。

听说，有的人用了好几年都没出毛病，简直就像是电机界的“长青树”！2.2 BLDC的应用场景说到应用，BLDC可不是个闲人，简直可以说是无处不在。

无论是电动车、空调，还是咱们常见的吸尘器，甚至是智能手机里的马达，BLDC都有一席之地。

试想一下，当你在炎热的夏天打开空调，清凉的风吹来，那可都是BLDC在默默工作呢！而且，它运行的时候安静得就像小猫咪，让你在家里享受宁静时光。

3. 永磁同步电机（PMSM）3.1 PMSM的特性再来说说永磁同步电机，PMSM也不甘示弱。

它像是一位稳重的绅士，拥有极高的扭矩密度和出色的控制性能。

这位绅士可是电机界的“技术流”，使用的是同步原理，能在各类负载下稳定工作，简直是个全能选手。

很多时候，PMSM被广泛应用在工业领域，比如数控机床、自动化设备等。

它的表现就像一位经验丰富的老手，踏实稳重，给人一种值得信赖的感觉。

3.2 PMSM的优缺点当然，PMSM也有自己的小脾气。

相比BLDC，它的制造成本稍高，毕竟技术含量在那里。

不过，物有所值，使用寿命和运行效率可都是杠杠的，能让你省不少电费呢！这就好比买了个高档手机，虽然贵，但它的性能和体验真心让人满意。

无刷电机和有刷电机(电动车)优缺点一）“无刷”“有刷”的基本概念：目前电动自行车广泛采用的是直流永磁电机，直流永磁电机按照是否采用电刷换向可分为有刷电机和无刷电机两种，有刷电机是直流电机的主流产品，目前绝大多数电动自行车电机都是有刷电机。

无刷电机是一种特殊的直流电机，它采用内置传感器外加电子换向器的方法进行电子换向，无刷电机主要是为了消除电刷的磨损，以及电刷接触所产生的噪声。

二）有刷电机的缺点没有成为阻碍它在电动自行车中广泛应用的要素：电刷磨损和电机噪声是“有刷”相对与“无刷”的两个最主要的缺点，但尽管存在这两个缺点，为什么国内绝大多数品牌厂家仍采用有刷电机的方案呢，难道他们没有意识到这个问题吗？原因在于：A）电刷的磨损不构成主要问题电动自行车是一种间断性工作的交通工具，一组电池通常最长的放电时间（骑行时间）一般为2-3个小时，使用者每天使用贸易的平均时间大约为1-2个小时，而现在，广泛应用于电动自行车的盘式转子电机采用平面式换向器和优质加长式电刷，工作寿命一般在1500小时以上，因此，按每个用户平均每天骑车1.5小时计算，一组电刷的使用时间已达1000天。

可以看出，一组合格的电刷服役时间已接近三年，而更换一组电刷的成本仅为5元左右，平均每年不足2元！更何况，电动自行车使用了3年也确实有必要对车辆作一些全面的检查和维护，更换一些磨损零件，宣扬贸易电机十年免维护这种夸大的观点，有误导消费者的嫌疑。

B）电机发出一点声音是正常的笔者在走访市场时，一位无刷电机电动车的促销员，演示无刷电机在空载条件下的静音特性，以此证明无刷电机要比有刷电机优越得多，其实，购买电动车绝不是购买空调设备，消费者大可不必为它是否毫无噪声而作出购买与否的决定。

事实上，使用过无刷电机电动车的用户会知道，无刷电机在空载时或低负载时（如平坦无风情况下）电机发出的声音确实很小，但是，当运行至重载状态如上坡，顶风，它往往会发出远远比有刷电机更为“巨大”的音响，甚至出现令人不适的电磁抖动，而这种声音在安静的店堂促销过程中是不会出现的。