直流有刷电机与直流无刷电机的对比
直流有刷电机与直流无
刷电机的对比
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无刷直流电机与有刷直流电机的对比直流有刷电机和无刷电机的区别是是否配置有常用的电刷换向器。有刷直流电机的换向一直是通过石墨电刷与安装在转子上的环形换向器相接触来实现的。
而直流无刷电机则通过霍尔传感器把转子位置反馈回到控制电路，使其能够获知电机相位换向的准确时间。大多数无刷电机生产商生产的电机都具有三个霍尔效应定位传感器。由于无刷电机没有电刷，故也没有相关接口，因此更干净，噪声更小，事实上无需维护，寿命更长。
直流无刷是基于交流调速原理基础上制造出来的，性能方面既有直流电机的启动转矩大，转速稳定调速方便，又有交流电机的结构简单没有易损件（没有直流电机的碳刷）价格方面因为需要专门的驱动故价格要比普通直流电机高3~4倍左右。不过调速方面因为直流无刷电机大部分都自带驱动电路（可以调速，当然也有恒速的）所以驱动起来只要给他接上额定电压后，输入调速PWM信号就可以了。这点无需再添加专门的驱动电路，另外直流无刷电机因为有霍尔元件做反馈，所以转速几乎是稳定恒速的。
一、无刷电机与有刷电机的性能比较
1、摩擦大、损耗大
有些朋友在用有刷电机的时候经常碰到这个问题，那就是使用电机一段时间后，需要打开电机来清理电机的碳刷，费时费力，维护强度不亚于一次家庭大扫除。
2、发热大、寿命短
由于有刷电机的结构原因，电刷和换向器的接触电阻较大，容易发热，而永磁体是热敏元件，如果温度太高，磁钢是会退磁的，使电机性能下降，影响有刷电机的寿命。
3、效率低、输出功率小
上面说到的有刷电机发热问题，很大程度是因为电流做功在电机的内阻上了，所以
电能有很大程度转化为了热能，所以有刷电机的输出功率不大效率也不高、
二、无刷电机的优点
1、无电刷、低干扰
无刷电机去除了电刷，最直接的变化就是没有了有刷电机运转时产生的电火花，这样就极大的减少了电火花对遥控无线电设备的干扰。
2、噪音低、运转顺畅
无刷电机没有了电刷，运转时摩擦力大大减小，运行顺畅，噪音会低许多，这个优点对于模型运行稳定性是一个巨大的支持。
3、寿命长、维护成本低
少了电刷，无刷电机的磨损主要是在轴承上了，从机械角度看，无刷电机几乎是一种免维护的电动机发，必要的时候，只需要一引动除尘维护即可。
以上一比较，就智能无刷电机相对有刷电机的优势在哪里了，但是万事都不是绝对的，有刷电机低速扭力性能优异、转矩大等性能特点是无刷电机不可替代的，不过就无刷电机的使用方便性来看，随着无刷控制器的成本下降趋势和国内外无刷技术的发展与市场竞争，无刷动力系统正在高速的发展与普及阶段，这也极大的促进了国内无刷电机的发展。
超高速永磁直流无刷电机的特点
超高速永磁直流无刷电机的特点 永磁无刷直流电机由于气隙大,效率高,转子结构简单,适合于超高速运行,是特种电机领域研究的热点,也是超高速精密电主轴理想的驱动部件之一。 永磁无刷直流电机的转子常采用高性能永磁铁,设计成磁环或者扇形块粘贴在转子上,强度低；另外电机高频引起的损耗大,转子散热困难等特有的问题,使得高速永磁无刷直流电机转子温升过大,永磁体易于退磁,制约了电机转速的进一步提高。 在掌握高速永磁无刷直流电机设计理论的基础上,通过电主轴用永磁直流无刷电机的主要问题进行深入的分析,从电机本体结构设计、电磁设计、超高速转子设计等方面对超高速电主轴用电机进行设计,并对开发的超高速永磁直流无刷电机的性能进行了分析。 主要的研究内容包括：首先,阐述了课题的背景及意义,国内外的研究现状,研究内容及结构安排,接着对永磁无刷直流电机的结构组成和工作原理进行了分析。采用传统的磁路计算和电磁场有限元相结合的方法,进行了高速永磁电机的电磁计算。 针对超高速电机的损耗过大等关键问题,结合永磁无刷直流电机的电磁计算方法,给出了一套比较完整的电主轴用内装式超高速永磁无刷直流电机本体设计方案。 其次,研究了力辉电机转子机械强度,转子采用的是整体磁环式结构,为了防止永磁体在高速旋转时产生的巨大拉应力作用下而破
坏,利用非导磁合金钢护套对永磁体进行了保护,保护套与永磁体之间采用过盈配合。基于弹性力学理论和有限元接触理论建立了高速永磁转子应力计算模型,计算了永磁体和护套的接触应力,确定了护套和永磁体之间的过盈量。 根据电主轴实际运行时的温升现象,校核了不同温度下的永磁体和护套的强度,从而保证永磁转子的安全运行。 第三,对高速永磁无刷直流电机内的损耗进行了分析计算,采用有限元法研究了槽开口和气隙长度对转子涡流损耗的影响,在空,负载状态下的研究结果均表明：随着槽开口的增加或者气隙长度的减小,转子损耗都会增加。由于定转子损耗与磁场波形密切相关,对比分析了平行充磁和径向充磁对高速永磁无刷直流电机气隙磁场和电机损耗的影响,结果表明：平行充磁优于径向充磁。 最后,在电机设计的基础上,利用软件搭建了永磁无刷直流电机有限元模型,分析了电磁转矩脉动的抑制方法,并对磁路方案进行了校正,仿真分析了电机性能,完善了电机的结构设计。
基于Ansoft的永磁无刷直流电机性能分析
基于Ansoft的永磁无刷直流电机性能分析 永磁无刷直流电机（BLDC）具有体积小、起动转矩大、温升低、高功率等诸多优点。在微电机领域，永磁无刷直流电机颇具潜力和优势，随着相关技术的不断发展其必将在小电机领域占据主导地位。文章运用有限元软件Ansoft Maxwell，在Maxwell 2D环境下建立BLDC模型，对BLDC空載及负载时的磁场及电机性能进行了仿真分析。其次，使用等效磁路软件RMxprt，利用参数变量分析法，完成了齿槽转矩的优化分析；同时，研究分析了定子槽型、导线直径、气隙长度、极弧系数对永磁无刷直流电机某些性能的影响，通过RMxprt仿真分析结果，可以为优化电机设计参数提供依据。 标签：永磁无刷直流电机；有限元分析；优化分析 引言 永磁无刷直流电机是一种新型电机，是电机技术、电力电子技术、微电子技术与控制理论相结合的一体化电机，具有结构简单、单位出力大、易于控制、较广的调速范围、效率高、损耗小等优点，被广泛应用于国防、航空航天、工农业、医疗设备和日常生活领域[1-3]。对于永磁无刷直流电机性能的分析仿真已经成为了电机领域热点研究问题。在永磁无刷直流电机的性能分析法中，常用的有状态方程仿真法、直流电机分析法、等效磁路法、电磁场有限元法等。由于电磁场有限元分析法能够综合考虑铁磁材料的非线性及参数的变化，被广泛应用与电机分析。文章采用Ansoft Maxwell对电机磁场分布和变化比较复杂的永磁无刷直流电机进行分析，同时运用RMxprt分析电机参数变化对电机性能的影响。 1 永磁无刷直流电机有限元分析模型 文章所研究电机为内转子结构，所分析电机参数如表1所示[8-9]。由于磁场随转子位置而时刻变化，采用部分场域分析的方法，边界条件较难确定，因此文章采用全场域分析的方法[5-6]。为了建立永磁无刷直流电动机内部磁场的微分方程，确定求解区域和有限元求解的边界条件，作如下假设：（1）忽略电机端部磁场效应，磁场沿轴向均匀分布，矢量磁位A和电流密度J只有轴向分量Az和Jz，故磁感应强度只有Bx和By分量；（2）忽略转子铁心中的涡流、磁滞损耗；（3）磁场仅被限制于电机的内部，定子的外部边界及转子的内部边界认为是零矢量磁位线；（4）不计交变磁场在导电材料中如定子绕组及机座中的涡流反应。 表1 BLDC主要技术参数 文章对一台500W两相4极永磁无刷直流电机进行仿真分析。在Maxwell 2D 下建立仿真模型，建模过程如下：选择求解器类型；建立模型；设置材料属性；设置激励和边界条件；自适应网格剖分；有限元计算；后处理。其模型如图1所示。
无刷直流电机在家用电器中的应用
直流无刷电机在家用电器中的应用 摘要 介绍了无刷直流电机的系统结构及工作原理。分析了无刷直流电机的优越性，介绍其在现代智能家居电器中的应用实例及发展的前景。 在能源大量消耗的当今时代，全世界都在提倡节能环保，而说到节能，直流无刷马达就表现了很大的优势，在同样的功率之下，它能达到很大程度的节能 无刷直流电机集交流电机和直流电机优点于一体，它既具有交流电机结构简单、运行可靠、维护方便等一系列优点，又具备直流电机运行效率高、调速性能好的特点，同时无励磁损耗。无刷电机和其它电机相比具有高可靠性、高效率和优良的调速性能等诸多优越性。并且随着新型稀土永磁材料性能的提高与价格的下降，带来无刷直流电机成本价格的下降，这种优越性将更加的明显。无刷直流电机在今后的应用将越来越多，所涉及的领域也将越来越广。 1.直流无刷电机的系统结构及工作原理 1.1无刷直流电机的特点 无刷直流电机具有许多显著的特点，它的容量围大，
电压种类多，低频转矩大，高精度运转，效率最高比传统直流电机高30%，调速围广，过载容量高，体积弹性大转速弹性大，可设计成外转子电机，制动特性良好可以选用四象限运转，允许高频度快速启动而电机不发烫，通用产品安装尺寸与一般异步电机相同易于技术改造。 1.2无刷电机的组成 无刷直流电机与有刷直流电机相似，它具有旋转的磁场和固定的电枢。这样电子换相线路中的功率开关器件，如晶闸管、晶体管的可直接与电枢绕组连接。在电机，装有一个转子位置传感器，用来检测转子在运行过程中的位置。它与电子换相线路在一起，替代了有刷电机的机械换相装置。综上所述，无刷电机由电机本体，转子位置传感器和电子换相线路三大部分组成。 1.3基本工作原理 无刷直流电机为实现无电刷换相，首先要求把直流绕组放在电子上，把永磁磁钢放在转子上。这与传统直流永磁电动机的结构刚好相反。所以直流无刷电动机除了由定子和转子组成电动机本体外，还要有位置传感器、控制电路以及工具逻辑开关共同构成的换相装置，使得直流无刷
直流无刷电机性能分析
直流无刷电机性能分析 一、无刷直流电机的意义 人们对环境和能源的日益关注，推动了电动汽车的发展，加速了世界强国在电动汽车领域的竞争。在目前电池技术制约下，如何提高电能效率、提高电动汽车续驶历程，是电动汽车行业关注的焦点。无刷直流电机启动转矩大、调速性能好、效率高、能量密度大、过载能力强、性能稳定、安全可靠，是电动汽车的理想驱动电机。无刷直流电机的产业化生产，对提高电动汽车性能、促进电动汽车行业发展、使我国电动汽车行业赶超世界先进水平具有积极的促进作用。 二、无刷直流电机的先进性 电动车辆主要用于城市交通，车辆大部分时间处于启动、加速、制动的工作状态，因此电机的起动性能、加速性能、低速时的效率、制动时的能量再生能力、电机的过载能力、电机的能量密度、电机可靠性对电动车辆尤为重要，是衡量电动车辆电机的重要指标。目前电动车辆还没有专用电机可选，只能选用通用电机，如直流串激电机、直流并激电机、永磁直流电机、异步电机等。通用电机的负载特性为恒负载特性，而电动车辆特性为变负载特性，两者特性不匹配，影响了电机出力，进而影响了电动车辆性能。另外，通用电机的最大效率点均设计在额定点附近，当负载偏离额定点时，电机效率急剧下降，影响了车辆的续驶里程。开关磁阻电机在低速时具有较大的转矩，但效率偏低，永磁同步电机具有较高的效率，但低速时转矩无法提升。只有无刷直流电机具备了以上电机的所有优点，它具有串激直流电机的低速转矩提升功能、并激直流电机的调速性能、永磁同步电机的高效特性和接近异步电机的可靠性，非常适合电动车辆的需要。现就各种电机技术指标汇总见表1。
表1 各种电机技术指标汇总 电机 性能直流串激电机支流并激电机永磁直流电机鼠笼异步电机磁阻 开关电机永磁同步电机无刷直流电机 起动性能5 4 4 2 3 4 5 低速性能5 4 4 3 3 4 5 低速时效率3 3 4 3 4 5 5 平均效率3 3 4 4 3 5 5 能量密度2 2 3 4 4 5 5 过载能力4 4 4 4 3 5 5 再生能力3 5 4 3 2 5 5 可靠性2 2 2 5 5 4 4 制造成本4 4 4 5 5 4 4 控制器成本5 5 5 4 4 4 4 合计36 36 38 37 37 45 47 从上表看无刷直流电机是最为理想的电动车辆驱动电机，与其它电机相比其主要优点为：①电机外特性好，非常符合电动车辆的负载特性，尤其是电机具有可贵的低速大转矩特性，能够提供大的起动转矩，满足车辆的加速要求。 ②速度范围宽，电机可以在任何转速下全功率运行，这是无刷直流电机的独有特性，这样可以省去汽车的机械变速器，改变内燃车辆的传动模式，进一步提高整车效率。③电机效率高，尤其是在轻载车况下，电机仍能保持较高的效率，这对珍贵的电池能量是很重要的，该种电机可比永磁直流电动机提高效率10％以上，比Y系列电动机提高效率20％以上。④过载能力强，这种电机比Y系
无刷直流电动机的运行特性
无刷直流电动机的运行特性 2009年10月14日 无刷直流电动机的运行特性 为简单起见，以表面式永磁体转子结构的两相导通三相星形六状态的无刷直流电动机为例进行分析，并进行如下假定： (1)气隙磁密在空间呈梯形波(或近似方波)分布。 （2）三相绕组对称，其对应的电路单元也完全一致。 （3）忽略电枢齿槽效应、电枢反应和换向过程等的影响。 对于表面式永磁体转子结构[见图6 2(a)或图6—8(a)]转子各方向磁路的磁阻基本上不随转子位置的变化而变化，所以定子相绕组的自感L和互感M均为常数。这样，定字三相绕组的电压平衡方程为 式中：p为微分算子，p—d／di ua ub uc 为定子相绕组电压；ia ib ic 为定子相绕组电流；ea eb ec 为定子相绕组感应电动势。 当三相绕组为Y连接且没有中线时，有 根据式(6 5)，可以得到如图6—9所示的无刷直流电动机的等效电路。 无刷直流电动机气隙磁密的波形如图6 10(a)所示。当转子旋转速度为恒值时．定子每相绕组感应电动势的波形应该与气隙磁密波形一致，为简化分析．可将它近似为梯形波，如图6 10(b)
所示。为了减小转矩脉动，感应电动势波形的平顶宽度应大于120。电角度，通常就把各相绕组的感应电动势看成是平顶宽度为120。电角度的梯形波，并且各相感应电动 单根导体在气隙磁场中的感应电动势为 式中：la为电枢导体的有效长度；μ为导体的线速度，。一等茅一等手；D为电枢内径；p为电机极对数；τ为极距 设电枢绕组每相串联匝数为Nφ，每相绕组的感应电动势为 梯形波气隙磁密的每极磁通为 式中：“ai为计算极弧系数。 计算极弧系数a．是为了便于磁路的计算而引入的系数．定义为计算极弧宽度与极距的 比值(或气隙磁密平均值与最大值的比值)。 比较式(6—6)与式(6 8)，可得 把式(6 9)代人式(6—7)，可得
无刷直流电机的性能分析
龙源期刊网 https://www.360docs.net/doc/2219066464.html, 无刷直流电机的性能分析 作者：刘慧博邓冬梅 来源：《科技资讯》2017年第16期 摘要：在对电机进行设计的过程中主要是运用传统的场路耦合法，但这种方法会使所设 计的无刷直流电机的磁路计算不准确，使用ANSYS公司的Maxwell电机设计软件可以避免这个问题，并完成对无刷直流电机的性能分析与优化。首先用该软件中的Rmxprt模块所包含的磁路法进行电机模型的确立，并对其中永磁体充磁厚度和气隙长度等数据对电机本体所造成的性能影响进行分析；然后再利用基于有限元法的Maxwell软件的2D单元对所生成的电机本体的完成电磁场仿真，同时对电机进行更为完整的性能分析；最后整理两者所得结果实现对电机最终的优化设计。 关键词：无刷直流电机有限元法性能分析优化设计 中图分类号：TM30 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）06（a）-0048-05 Abstract：In the process of design of motor is mainly used traditional field-circuit coupling method，but this method can make the design of brushless dc motor magnetic circuit calculation is not accurate，using ANSYS of Maxwell motor design software can avoid this problem and complete the performance analysis and optimization of brushless dc motor.First used in the software Rmxprt module contains the motor model of magnetic circuit method，and the permanent magnet magnetization thickness and crack length of data to analyze the performance impact caused by the motor ontology；then reuse based on finite element method （fem） software Maxwell 2D unit to complete simulation of electromagnetic field generated by the motor of the ontology，at the same time more complete performance analysis was carried out on the motor，finally the results achieve the final optimal design on the motor. Key Words：Brushless direct current Motor；Finite element method；Performance analysis；Optimization design 无刷直流电机的基本构造是由电动机本体、功率驱动电路以及位置传感器三者共同组成。无刷直流电机具备结构简单、控制容易和使用效率高等优点。随着电机设计技术、电力电子技术及控制理论的研究与应用，无刷直流电机的一些相关技术已逐渐完善，基于无刷直流电机的设计制造工艺和控制技术也均实现了国际规范化。 而且，相关联的电机优化设计、转矩波动的降低、无位置传感器控制、容错控制等专业型问题也得到了很好的研究和解决。现今，无刷直流电机已经在国防、航空航天、机器人、家用家电、工业自动化以及生产过程控制等范围取得了广泛的普及。