有刷电机与无刷电机的工业电动工具：有什么区

几年来，我们一直看到无刷电机开始主导专业工具行业的无绳工具驱动。有刷电机和无刷电机存在显着差异和影响。

从这里开始：有刷直流电机的工作原理

在我们深入研究有刷和无刷电机之前，让我们先了解一下直流电机实际工作原理的基础知识。说到驱动电机，全都与磁铁有关。带相反电荷的磁铁相互吸引。直流电机的基本思想是保持旋转件（转子）的相反电荷吸引它前面的不动磁铁（定子），从而不断向前拉。这有点像把波士顿奶油甜甜圈火腿肠放在狗面前的棍子上——狗会努力想抓住它！

问题是如何让甜甜圈保持移动。没有简单的方法可以做到。它从一组带有永久电荷的磁铁（永久磁铁）开始。一组电磁体在旋转时会改变电荷（反转极性），因此总是有一个带相反电荷的永磁体可以移动。此外，电磁线圈在变化时所经历的类似电荷会将线圈推开。当我们查看有刷电机和无刷电机时，电磁铁如何改变极性才是关键所在。

有刷电机的内部

在有刷电机中，有四个基本部件：永磁体、电枢、换向环和电刷。永磁体构成机构的外部并且不移动（定子）。一个带正电，另一个带负电，产生永久磁场。
 

电枢是一个线圈或一系列线圈，通电时会变成电磁铁。这也是旋转的部件（转子），通常由铜制成，但也可以使用铝。

换向器环以两个（2 极配置）、四个（4 极配置）或更多个部件固定到电枢线圈。它们与电枢一起旋转。最后，碳刷保持原位，并将电荷输送到每个换向器。

一切尽在电枢中

一旦电枢通电，带电的线圈就会被拉向带相反电荷的永磁体。当它上面的换向器环也旋转时，它从一个碳刷的连接移动到下一个。当它到达下一个电刷时，它会收到极性反转，现在被另一个永磁体吸引，同时被同种电荷排斥。有形地，当换向器到达负电刷时，它现在被正永磁体吸引。换向器及时到达以与正极电刷形成连接并跟随到负极永磁体。刷子是成对的，所以正极线圈会拉向负极磁铁，而负极线圈会同时拉向正极磁铁。

无刷电机内部

在无刷电机中，您失去了换向器和电刷，而获得了一个电子控制器。现在永磁体充当转子并在内部旋转，而定子现在由外部的固定电磁线圈组成。控制器根据吸引永磁体所需的电荷为每个线圈供电。

除了以电子方式移动电荷外，控制器还可以提供类似的电荷来对抗永磁体。由于同种电荷彼此相反，这会推动永磁体。现在转子由于拉力和推力而移动。

在这种情况下，永磁体正在移动，所以现在它们是我和我的跑步伙伴。我们不再改变我们想要什么的想法。
 

有刷与无刷直流电机的成本

有刷直流电机相对简单，制造零件也很便宜（尽管铜并没有变得更便宜）。由于无刷电机需要电子通讯器，因此您实际上是在开始在无刷工具中构建计算机。这就是推高无刷电机成本的原因。

有刷与无刷电机效率

由于设计的原因，无刷电机比有刷电机具有多项优势。其中大部分与电刷和换向器的损耗有关。由于电刷需要与换向器接触以传递电荷，因此也会引起摩擦。摩擦会降低可以达到的速度，同时会产生热量。这就像在轻踩刹车的情况下骑自行车。如果双腿用力相同，你的速度会变慢。相反，如果要保持速度，则需要从腿部获得更多能量。您还会因摩擦热而加热轮辋。这意味着，与有刷电机相比，无刷电机运行温度更低。这给了他们更高的效率，因此他们将更多的电能转化为电能。

碳刷也会随着时间的推移而磨损。这就是导致某些工具内部产生火花的原因。为了保持工具运行，必须不时更换刷子。无刷电机不需要这种维护。

虽然无刷电机需要电子控制器，但转子/定子组合更紧凑。这为更轻的重量和更紧凑的尺寸提供了机会。这就是为什么我们看到众多电动工具具有超紧凑的设计和强大的动力。

有刷与无刷电机扭矩

似乎对无刷电机和扭矩存在误解。有刷或无刷电机设计本身并不能真正表明扭矩的大小。例如，第一台密尔沃基 M18 燃料锤钻的实际扭矩比之前的拉丝型号要小。

然而，最终制造商意识到了一些非常关键的事情。无刷电机中使用的电子设备可以在需要时为这些电机提供更多功率。

由于无刷电机现在采用先进的电子控制，因此它们可以感知负载下何时开始减速。只要电池和电机在温度规格范围内，无刷电机的电调就可以从电池组请求并接收更多电流。这让无刷电钻和锯等工具在负载下保持更高的速度。这使他们更快。通常要快得多。这方面的一些例子包括 Milwaukee RedLink Plus、Makita LXT Advantage 和 DeWalt Perform and Protect。

这些技术将工具的电机、电池和电子设备无缝融合到一个有凝聚力的系统中，以实现最佳性能和运行时间。

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深入研究 BLDC 电机技术

换向——改变电荷的极性——启动无刷电机并保持转动。接下来，您需要控制速度和扭矩。改变 BLDC 电机定子的电压可控制速度。以更高的频率调制电压可以让您在更大程度上控制电机速度。

为了控制转矩，当电机的转矩负载上升到一定水平以上时，您可以降低定子电压。当然，这引入了关键需求：电机监控和传感器。

霍尔效应传感器提供了一种检测转子位置的廉价方式。他们还可以通过定时传感器切换的时间和频率来检测速度。