无刷直流电机与有刷直流电机：优缺点及产品设计师应如何选择

选择无刷直流电机还是有刷直流电机取决于整个产品，而不是存在一个绝对的赢家。有刷直流电机使用电刷和换向器进行机械换向；无刷直流电机（BLDC）采用电子换向，因此需要匹配的驱动器或控制器。

当简单的驱动方式、适中的占空比和易于维护比高级控制更重要时，选择有刷电机。当长时间运行、变速控制、较低的电刷维护量以及与电子设备的集成等因素，使得额外的控制器和验证工作变得值得时，选择无刷直流电机。

产品设计师应在相同的应用条件下比较扭矩-转速需求、运行时间、启动次数、噪声和电磁兼容性目标、热限制、生命周期成本、软件功能、采购和服务策略。

无刷直流电机与有刷直流电机概览

有刷直流电机和无刷直流电机的工作原理是什么？

有刷直流电机结构

有刷直流电机通过电刷将电流输送至旋转的电枢，电刷与换向器接触。当转子旋转时，换向器会改变电枢绕组中的电流方向。这种机械换向方式使得只需基本速度或方向控制的产品，其外部驱动装置的结构变得简单。

电刷接触还会产生摩擦、磨损、颗粒物和电气开关噪声。电刷寿命取决于电流、转速、启动次数、温度、污染程度、占空比和换向器状况，因此产品目录标签无法确定成品的实际使用寿命。

BLDC电机结构

无刷直流电机（BLDC电机）的转子上装有永磁体，定子相序则通过电子方式切换。控制器通过估算或测量转子位置，按顺序给各相通电。根据启动、低速运行和控制要求，可以使用霍尔传感器、编码器、反电动势检测或其他反馈方式。

这样虽然消除了电刷接触点，但却使驱动器、电流限制、时序、传感、布线、软件参数、保护机制和冷却等因素成为电机选型的一部分。因此，应将无刷直流电机视为一个电机-驱动系统进行评估。

有刷直流电机的优点和缺点是什么？

有刷直流电机的优点

• 如果产品只需要适度的速度变化和方向控制，那么基本的控制装置可以更简单一些。
• 该技术较为成熟，在短工况或对成本敏感的应用中，如果电刷寿命符合产品目标，则该电机可能经济实惠。
• 对于设计用于方便维修的设备来说，如果维护计划允许，更换碳刷是切实可行的。

有刷直流电机的局限性

• 电刷和换向器是易损件，因此运行时间、启动次数、电流和环境都会直接影响生命周期规划。
• 电刷接触会导致电噪声、摩擦、热量、颗粒物和声学特征，这些对于敏感或封闭的产品来说都很重要。
• 随着电刷和换向器的磨损，性能可能会发生变化，因此报废时的性能和维护途径也成为验证的一部分。

无刷直流电机有哪些优点和缺点？

无刷直流电机的优势

无刷直流电机设计消除了电刷接触磨损，并且在电子元件根据负载设计的情况下，可以支持可编程的速度、扭矩、加速度、制动和保护功能。南洋理工大学出版社出版的《无刷直流电机历史指南》对此进行了详细介绍。 无刷直流电机的优点和缺点 在几个密切相关的比较查询中排名靠前，表明同时回答收益和权衡问题的价值。

• 无需更换碳刷，可满足长时间运行或维修受限的产品需求。
• 灵活的电子控制，可实现变速运行、重复反转、受控加速和故障处理。
• 当绕组、磁性设计、控制器和负载正确匹配时，可以降低换向摩擦并实现高效运行。

无刷直流电机的局限性

• 控制器是必需的，它还增加了电子元件、软件或参数设置、线束要求、热源和验证任务。
• 启动和低速性能取决于传感或估计质量、电流裕度、负载惯性和控制调整。
• 故障诊断可能涉及电机、控制器、传感器、线路、固件或机械负载，因此维修过程需要系统视角。

无刷直流电机并不一定意味着更低的噪音、更高的耐用性或更低的总成本。轴承质量、转子平衡、安装刚度、开关策略、冷却方式、生产一致性以及成品负载等因素都会影响最终结果。

产品设计师应该如何选择？

对两位候选人使用相同的申请假设。相关文章请见…… 无刷直流电机的7个优点和3个局限性 提供有用的语义覆盖范围，而最终的产品决策应遵循衡量的需求和可比的测试。

选择直流有刷电机

• 运营时间和启动次数都比较适中，足以达到有据可查的刷子寿命目标。
• 基本的速度和方向控制就足够了，该产品不需要复杂的反馈或保护功能。
• 该组件提供了可接受的刷子维护通道，或者在计划的产品寿命内不需要更换。
• 计入抑制、热能、维护和鉴定需求后，系统总成本仍然较低。

选择 BLDC 时

• 该产品运行时间长，频繁启动或反转，或者日常维护受限。
• 变速、可控加速、扭矩管理、电子保护或通信是该产品的核心功能。
• 工程团队可以将电机、控制器、传感、软件参数、线束、冷却和负载作为一个系统进行验证。
• 生命周期和产品性能价值证明了额外电子元件和集成工作的合理性。

比较总成本和风险

包括电机、控制器、传感器、抑制系统、线路、软件、冷却系统、组装、测试、良率、保修风险、维护、诊断以及供应商变更控制。如果较低的组件价格导致返工、使用寿命缩短、声学问题或现场诊断困难，则最终可能导致更高的产品成本。

将该决定应用于洗衣机项目

洗衣机电机必须能够承受低速反转、启动扭矩、可控加速、高速脱水、负载变化和不平衡情况。南洋的 前置式无刷直流电机 这是电子控制前置式洗衣机驱动装置的官方参考资料。选择前，请确认电压、速度范围、额定扭矩和峰值扭矩、滚筒惯量、工作周期、安装方式、传感方式、控制器接口、冷却方式、噪音目标值以及验证条件。

运行可比验证

在相同的负载、环境温度、电压范围、工作周期、加速曲线和测量方法下测试两种架构。测试内容包括启动、反复反转、温升、声学特性、电磁兼容性、保护响应、锁定或异常负载情况（如适用）、重启以及寿命测试假设。南洋理工大学的 测试能力 可以为项目特定验收测试的讨论提供支持。

冻结已批准的系统

批量生产前，应记录已批准的电机、控制器、软件或参数版本、传感方法、线束、图纸修订版、检验限值和测试条件。任何对绕组、磁铁、电刷、轴承、控制器电流限制、时序、连接器或机械接口的更改，均应根据原始验证计划触发工程评审。

结论

无刷直流电机与有刷直流电机的选择应基于实际应用，而非盲目跟风。有刷直流电机适用于负载适中且控制简单的应用场景；无刷直流电机无需维护电刷，并可实现灵活的电子控制，但同时也增加了驱动器和集成方面的复杂性。在最终确定产品架构之前，应在相同的负载、生命周期、成本、维护和验证假设下对两种系统进行比较。

常见问题解答

无刷直流电机和有刷直流电机哪个更好？

两者并无绝对优劣之分。有刷电机适用于结构简单、负载适中、易于维护的产品。而无刷直流电机则适用于长时间运行、变速控制以及电子集成产品，前提是控制器和验证工作量充足。

无刷直流电机比有刷直流电机寿命更长吗？

无刷直流电机消除了电刷接触磨损，但产品总寿命仍然取决于轴承、电子元件、温度、负载、污染、安装和生产质量。应比较寿命测试条件，而不是假设电机类型具有固定寿命。

无刷直流电机总是更安静吗？

不。移除电刷触点可以消除一个噪声源，但电磁开关、轴承、转子平衡、安装、风扇或负载噪声以及控制调谐等因素仍然会影响最终产品的噪声。请在预期运行条件下测量噪声。

OEM厂商在电机询价单中应包含哪些信息？

包括电压、速度范围、连续扭矩和峰值扭矩、负载惯量、占空比、启动和反转次数、环境条件、尺寸、安装方式、传感方式、控制器接口、噪声和电磁兼容性目标、验证要求、年产量和样品时间。