什么是无刷DC电机

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2020年3月30日

电机包括很多种类,除了一部分特殊种类以外,基本上都是利用磁体的N极和S极的磁力(吸引力和排斥力),以及电流流过产生的磁场,使电机的轴(转子轴)旋转的原理制成。

其中,使用直流电源转动轴的电机称为DC电机(直流电机),大致可以分为"有刷"和"无刷(BLDC)"。

那么,什么是电刷?
电刷是与换向器组合使用的DC电机零件,是使DC电机保持旋转的机制之一。也就是说,带有换向器和电刷的DC电机就是"有刷DC电机",使用电子电路代替换向器和电刷的DC电机就是"无刷DC电机(BLDC)"。

有刷DC电机与无刷DC电机的区别

为了使DC电机的轴在某个方向上持续旋转,需要一种在轴(转子)旋转半圈时能够使电流方向反转的机制。有刷DC电机就使用换向器和电刷构成了机械的切换机制。

但是,在这个机制中,轴在换向器和电刷接触的状态下旋转,长时间旋转将会导致换向器与电刷因摩擦而老化。也就是说它们都是消耗品,需要定期维护。而且,始终相互接触还会导致电刷产生电磁干扰和噪音的问题。

为此,无刷DC电机配置了电子电路用于检测轴的旋转状态,省去了换向器和电刷,而且不需要定期维护,同时也降低了电磁干扰和噪音。

有刷DC电机的工作原理

有刷电机用线圈作为转子。转子旋转时,切换与电刷接触的换向器。由此,也就切换了流过电流的线圈。
这样,通过及时切换电流方向,就能够使转子持续旋转。

无刷DC电机的工作原理

无刷DC电机使用永磁体作为转子,不需要换向器和电刷。通过检测出转子的磁极位置并切换电流流过的线圈,使转子旋转。因此,无刷电机需要驱动电路(驱动器)。另外,还要使用霍尔传感器等磁性传感器检测轴的旋转位置(也有不使用传感器的无传感器方式)。

霍尔传感器利用霍尔效应判断磁场的强度。通过将其转换为电信号,检测出永磁体的位置(N极还是S极),并通过切换流过电流的线圈使电机轴旋转。

有刷DC电机与无刷DC电机的特点

有刷DC电机与无刷DC电机分别具有下列特点。

有刷DC电机的特点

优点
  • 在不需要控制速度的情况下,不需要驱动电路。
  • 易于控制,易于使用
缺点
  • 会消耗电刷和换向器因此需要维护
  • 电刷会产生电磁干扰和噪音

无刷DC电机的特点

优点
  • 换向器无需和电刷接触,因此寿命较长
  • 可以实现高速旋转
  • 跟踪性、响应性良好
缺点
  • 需要驱动电路
  • 总体成本可能很高

无刷DC电机的种类

无刷DC电机分成外转子方式和内转子方式两大类。

外转子方式

在内侧配置线圈,外侧配置永磁体,使外侧永磁体旋转的方式。可以实现稳定的旋转。

内转子方式

在内侧配置永磁体,外侧配置线圈,使内侧永磁体旋转的方式。与有刷电机同样,可以实现精密的控制。

无刷DC电机的用途

无刷DC电机具有小型、高功率、低振动且低噪音、长寿命等特点,广泛应用于空调设备(空调、空气净化器等)、住宅设备、冰箱、热水器、自动贩卖机、复印机、打印机、投影仪、商业设备、测量仪器、汽车、医疗设备等领域的多种用途。

  • 空调设备
  • 住宅设备
  • 热水器、燃烧器单元
  • 自动贩卖机
  • 冷冻、冷藏展示柜
  • 金融终端(ATM)、找零机、货币兑换机、售票机
  • 无尘室
  • 光学产品
  • 打印机
  • 复印机
  • 保健设备
  • 商业设备

使用无刷DC电机解决客户的问题

ASPINA的DC无刷电机不是单纯的电机,而是作为系统组件提供的从驱动/控制系统到机构设计的系统产品。我们提供从试生产到量产以及售后支持的一系列服务。
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