有刷电机是否适合工业应用?
无刷电动机在工业运动控制市场中占据着主导地位,但是由于其线性性能和易用性,有刷电动机在某些应用中仍然有意义。
直流电动机可以使用机械或电子换向。有刷直流电动机依靠机械方法,包括电刷和换向器,而无刷直流电动机则通过电子方法实现换向。尽管电刷和换向器是易磨损的零件,无刷换向可避免使用,但有刷直流电动机确实比无刷电动机具有一些优势。
有刷直流电机结构
有刷直流电动机的定子可以具有永磁体或电磁绕组。对于伺服应用(因此,对于大多数工业运动控制应用),更常见的类型是永磁体类型,通常称为永磁体DC(PMDC)电动机。转子由缠绕在开槽铁芯上并连接到换向器的线圈组成。当转子旋转时,电刷与换向器接触,并向绕组传递电流。

具有永磁定子的传统有刷电动机。
图片来源:ZGC Motor
替代地,电动机可以是无芯电动机,其中转子由铁制成,而不是铁芯,所述绕组形成与环氧树脂保持在一起的自支撑空心圆柱体。定子的永磁体位于转子内部,并且定子固定至电动机壳体(完成电路)。转子由轴承支撑,并绕定子旋转。

在无芯电动机中,定子位于空心转子的内部。
图片来源:Portescap
有刷电机的性能优于无刷设计
尽管存在换向器和电刷形式的易损件缺点,但有刷电机确实比其他类型的电机具有多个优势。首先,拉丝版本具有线性性能特征,具有很高的扭矩和很宽的速度范围。它们在低速时产生平稳的运动,并具有良好的速度控制。与无刷电机相比,有刷设计通常也更小,效率更高,成本更低。

无芯电动机具有空心的自支撑转子。
图片来源:Portescap
在转子中没有铁的情况下,无铁心版本(也称为“无铁心”,“无槽”或“空芯”)具有减少质量和惯性的优点,从而可以实现更高的加速和减速率。铁的缺乏也意味着电动机没有铁损,因此它们的效率甚至比传统的铁芯有刷电动机更高。当电动机包含铁片时,定子的永磁体和铁片之间的磁相互作用会导致齿槽效应和转矩波动。由于无芯电动机没有叠片,因此可以大大减少齿槽效应和转矩波动。
直流有刷电动机是消费品,小家电和汽车应用(例如电动座椅和雨刷)的主要产品。在工业应用中,主要在加速和减速期间需要高扭矩时,有刷电动机才有意义。一个常见的例子是医疗和包装领域中使用的分配设备。无芯设计也是电池供电设备的理想选择,因为它们在空载条件下消耗的电流很小。而且它们具有产生快速,动态动作的能力,使其非常适合机器人应用。
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