電電機(jī)已經(jīng)成為我們生活中的重要組成部分。它們存在于從電動汽車到無人機(jī)，機(jī)器人和其他電子設(shè)備的各種設(shè)備中。一般來說，電動機(jī)是將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的設(shè)備。它們通常被稱為發(fā)電機(jī)的正好相反，因為它們以相似的原理運行，并且在理論上可以轉(zhuǎn)換為發(fā)電機(jī)。它們本質(zhì)上用于需要旋轉(zhuǎn)運動的場合，并且可以在家用電器（振動馬達(dá)），機(jī)器人，醫(yī)療設(shè)備，玩具等中找到應(yīng)用。

電動機(jī)可根據(jù)其使用的電源類型分為兩大類： AC電動機(jī)和DC電動機(jī)。顧名思義，交流電動機(jī)通常使用交流電源（單相或三相）供電，并且主要用于需要大量扭矩的工業(yè)和重型應(yīng)用中。另一方面，直流電動機(jī)（今天我們要關(guān)注的焦點）通常較小，并且用于基于電池（或插入直流電源）的應(yīng)用中，與交流電動機(jī)相比，其工作量要少得多。他們發(fā)現(xiàn)它在數(shù)種設(shè)備中都有應(yīng)用，從剃刀，剃須刀到兒童玩具，機(jī)器人和無人機(jī)等日常設(shè)備，無一例外。

直流電動機(jī)的要求因一種應(yīng)用而異。另外，由于一種應(yīng)用可能需要更多的轉(zhuǎn)矩并降低速度，而另一種應(yīng)用可能需要更高的速度并降低轉(zhuǎn)矩，因此有時銷售人員會根據(jù)此對直流電動機(jī)進(jìn)行分類。但是，直流電動機(jī)可以分為三種不同的類別或類型，包括；

有刷直流電動機(jī)

無刷直流電動機(jī)

Servo Motors。

在今天的文章中，我們將重點放在無刷和有刷直流電機(jī)上，因為我們將研究它們之間的區(qū)別。操作原理，構(gòu)造，應(yīng)用，優(yōu)缺點。對于第三種類型，您可以閱讀伺服電機(jī)的詳細(xì)文章。

工作原理與構(gòu)造

操作通常，所有電動機(jī)中的兩個都是基于的原理；安培定律和法拉第定律。 第一定律規(guī)定，如果流過導(dǎo)體的任何電流的分量都與該電場成直角，則置于磁場中的電導(dǎo)體將受到作用力。 第二個原理指出，如果導(dǎo)體在磁場中移動，那么垂直于該磁場的任何運動分量都會在導(dǎo)體的兩端之間產(chǎn)生電勢差。

基于這些定律，電動機(jī)由兩個主要部分組成。永磁體和一堆導(dǎo)體纏繞成線圈。通過向線圈通電，它變成了一塊磁鐵，并基于磁鐵在相同的磁極排斥并在不同的磁極吸引的事實，實現(xiàn)了旋轉(zhuǎn)運動。

有刷直流電動機(jī)

有刷直流電動機(jī)是最早，最簡單的電動機(jī)之一，因為它以最簡單的方式實現(xiàn)了上述法律。如下圖所示，有刷直流電動機(jī)的結(jié)構(gòu)包括一個由永磁體制成的固定定子和一個運動電樞（轉(zhuǎn)子），其上的所有部件如換向器，電刷和開口環(huán)都

在為電機(jī)供電時（通過電池或通過交流電或直流電插入電源），電流從電源流向電機(jī)。通過電刷的電樞，電刷通常位于電機(jī)軸的相對兩側(cè)。電刷（設(shè)計中使用的電刷是電動機(jī)名稱的主要因素）通過與換向器的物理接觸將電流傳遞到電樞。電樞（導(dǎo)線線圈）一經(jīng)通電，便開始像磁鐵一樣運轉(zhuǎn)，此時其磁極開始排斥構(gòu)成定子的永磁體的磁極。隨著磁極的排斥，連接到電樞的電動機(jī)軸開始以取決于電樞周圍磁場強(qiáng)度的速度和轉(zhuǎn)矩旋轉(zhuǎn)。

磁場強(qiáng)度通常為

是在電刷上施加的電壓和用于定子的永磁體強(qiáng)度的函數(shù)。 》無刷直流電動機(jī)

盡管它們使用相同的電磁原理，但另一方面，無刷電動機(jī)卻更為復(fù)雜。它們是提高有刷直流電動機(jī)效率的努力的直接結(jié)果，可以簡單地描述為不采用電刷進(jìn)行換向的電動機(jī)。但是，該描述的簡單性讓我對以下問題提出了疑問：如何為電動機(jī)供電以及如何在沒有電刷的情況下實現(xiàn)運動。

與構(gòu)造相反在有刷電機(jī)中，東西會翻轉(zhuǎn)。在有刷電動機(jī)的情況下，在定子內(nèi)旋轉(zhuǎn)的電樞在無刷電動機(jī)中是固定的，在有刷電動機(jī)中固定的永磁體用作無刷電動機(jī)的轉(zhuǎn)子。 簡單地說，無刷直流電動機(jī)的定子由線圈組成，而其轉(zhuǎn)子（與電動機(jī)軸相連的轉(zhuǎn)子）由永磁體組成。

由于無刷電動機(jī)消除了使用電刷為電樞供電，開關(guān)（換向） ）變得更加復(fù)雜，并且需要使用其他一組電子組件（例如由換向組件（如光學(xué)編碼器）觸發(fā)的放大器）以電子方式執(zhí)行運動。 無刷直流電動機(jī)的換向算法可以分為兩種；基于傳感器的無感換向。

在基于傳感器的換向中，傳感器（例如霍爾傳感器）沿傳感器的極點放置電機(jī)向控制電路提供反饋，以幫助其估計轉(zhuǎn)子位置?；趥鞲衅鞯膿Q向使用三種流行的算法；

梯形換向

正弦換向

矢量（或面向磁場）控制。/li》

每種控制算法都有其優(yōu)缺點，并且可以根據(jù)軟件和電子硬件的設(shè)計以不同的方式實現(xiàn)算法，以進(jìn)行必要的更改。

《另一方面，p》

在無傳感器換向中，不是將傳感器放置在電動機(jī)中，而是設(shè)計了控制電路來測量反電動勢，以估計轉(zhuǎn)子位置。

該算法性能很好，并且由于消除了霍爾傳感器的成本而降低了成本，但是與基于傳感器的算法相比，它的實現(xiàn)要復(fù)雜得多。

優(yōu)缺點

在有刷直流電動機(jī)中，電刷與旋轉(zhuǎn)換向器一直接觸。這導(dǎo)致產(chǎn)生大量摩擦，進(jìn)而導(dǎo)致熱量損失能量和電刷逐漸磨損。因此，有刷直流電動機(jī)效率低，需要定期維護(hù)。這會產(chǎn)生大量摩擦，并且摩擦等于熱量（能量損失）和磨損。 另一方面，無刷直流電機(jī)本質(zhì)上是無摩擦的，因此具有很高的效率，需要零維護(hù)，并且比有刷直流電機(jī)使用壽命更長。

但是，有刷直流電機(jī)是無刷直流電機(jī)由于其設(shè)計簡單，因此與無刷同類產(chǎn)品相比價格便宜。另一方面，無刷直流電動機(jī)由于其復(fù)雜的設(shè)計以及驅(qū)動它們所需的額外電子組件（控制器）的額外成本，因此非常昂貴。

應(yīng)用

盡管無刷直流電機(jī)近來越來越流行，但由于其轉(zhuǎn)速的簡便性，無刷直流電機(jī)仍在日常家用電器，兒童玩具和工業(yè)應(yīng)用中使用。扭矩比可以變化。由于它們的低成本，它們被用于主機(jī)設(shè)備可能在電動機(jī)之前出現(xiàn)故障的應(yīng)用中。

無刷直流電動機(jī)已在各種設(shè)備中得到了應(yīng)用從醫(yī)療設(shè)備，機(jī)器人和無人機(jī)到電動汽車，電動工具等。它們基本上用于要求高效率，壽命長且值得購買的應(yīng)用。

在無刷和有刷直流電動機(jī)之間進(jìn)行選擇時要考慮的因素

以下要考慮的速度，轉(zhuǎn)矩，額定功率和其他基本要求是我認(rèn)為還可以考慮的三個因素

占空比/使用壽命

效率

控制/驅(qū)動 li》

成本

占空比/使用壽命

使用壽命描述了電機(jī)多長時間必須在故障之前以及以何種占空比運行。這很重要，因為前面提到的有刷直流電動機(jī)由于電刷和換向器之間的摩擦而容易磨損。因此，重要的是要確保使用的是在整個使用壽命內(nèi)都能正常使用的電機(jī)，或者如果使用有刷直流電機(jī)，則認(rèn)為維修該電機(jī)是正常且廉價的應(yīng)用。這方面的一個很好的例子是兒童玩具，通常在電動機(jī)磨損之前就將它們?nèi)拥艋驌p壞。在使用壽命長且無法維修電機(jī)的應(yīng)用中，無刷直流電機(jī)通常是明智的選擇。

效率

通常，與有刷直流電動機(jī)相比，無刷直流電動機(jī)具有更高的總體效率，但與無刷直流電動機(jī)相比，無鐵芯有刷有刷電動機(jī)的效率卻更高。等效的無刷電機(jī)。但是，在做出決定之前，評估總體所需效率并將其與每個電動機(jī)的效率進(jìn)行比較非常重要。在大多數(shù)情況下，效率是決定性因素，無刷直流電動機(jī)通常會勝出。

控制/執(zhí)行

通常使用無刷直流電機(jī)的主要挫折之一。與有刷直流電動機(jī)相比，像控制器之類的附加要求使操縱更加復(fù)雜，而有刷直流電動機(jī)可以像在其端子上連接電池那樣簡單地采用動力/操縱方法。您應(yīng)該確保為該項目使用無刷直流電動機(jī)所涉及的復(fù)雜程度是合理的，并且易于獲得諸如控制器之類的支持電子設(shè)備。無論有刷直流電動機(jī)的簡單性如何，它們有時都不適合高精度應(yīng)用。雖然可以很容易地將有刷直流電機(jī)連接到像Arduino這樣的控制器，但是將BLDC與Arduino Uno連接起來非常復(fù)雜，但是ESC（電子速度控制器）使將BLDC與USB

成本

無刷直流電動機(jī)的設(shè)計復(fù)雜性使其與有刷直流電動機(jī)相比非常昂貴。在購買無刷直流電動機(jī)之前，請確保該項目的額外費用在可承受的范圍內(nèi)。在做出決定之前，還要考慮使用BLDC所需的其他附件的成本。
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