雖然大多數(shù)工程師認(rèn)為無刷直流電機(jī)是最佳選擇，但較舊的有刷電機(jī)可能更好，同時(shí)提供了客觀看待設(shè)計(jì)選項(xiàng)的重要性的課程。

您需要一個(gè)小型電機(jī)用于項(xiàng)目，并且您會本能地看到各種標(biāo)準(zhǔn)無刷直流 （BLDC） 電機(jī)。這樣做有多種原因：它們很容易使用當(dāng)今的控制器 IC 或嵌入式固件驅(qū)動;您可以輕松地將所選電機(jī)與處理器和電機(jī)極之間的必要 MOSFET 驅(qū)動器相匹配;而且它們很可靠，并且由于沒有滑動接觸電刷而產(chǎn)生最小的 EMI。

但是等等。..BLDC 電機(jī)供應(yīng)商網(wǎng)站還提供有刷直流 （BDC） 電機(jī)，這些電機(jī)“永遠(yuǎn)”存在。為什么有人會選擇有刷電機(jī)，因?yàn)樗兴⒆踊蚪佑|手指的問題，以及難以嚴(yán)格控制其性能，除了成本較低或在傳統(tǒng)應(yīng)用中使用？這根本說不通。

直到在《醫(yī)療設(shè)計(jì)簡報(bào)》上看到一篇關(guān)于復(fù)雜便攜式輸液泵電機(jī)選擇的文章，“每一滴都很重要：設(shè)計(jì)電機(jī)以優(yōu)化家用和動態(tài)輸液泵”。這種線性蠕動泵機(jī)構(gòu)是一種高級應(yīng)用，其中低成本肯定不是選擇過程的主要標(biāo)準(zhǔn)（當(dāng)然，它是其中之一）。本文清楚地闡明了無芯有刷直流電機(jī)與 BLDC（以及步進(jìn)電機(jī)，BLDC 變體）在效率、緊湊性、使用壽命、噪音水平和可靠性方面的相對優(yōu)勢。它包括對電機(jī)設(shè)計(jì)和尺寸的分析，并非常清楚地說明了為什么古老的有刷電機(jī)，盡管采用更現(xiàn)代的“無芯”配置，但在這里是最佳選擇。

BLDC 和 BDC 安排有什么區(qū)別？簡而言之，無刷電機(jī)在外殼內(nèi)部周圍固定了一組電磁線圈（極），并且高強(qiáng)度永磁體連接到旋轉(zhuǎn)軸（轉(zhuǎn)子），圖1（右）。當(dāng)兩極由控制電子設(shè)備（電子換向 – EC）依次通電時(shí)，轉(zhuǎn)子周圍的磁場旋轉(zhuǎn)，從而吸引/排斥轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子被迫跟隨磁場。

驅(qū)動極點(diǎn)的電流可以是方波，效率低下并引起振動，因此大多數(shù)設(shè)計(jì)使用斜坡波形，其形狀針對所需的電效率和運(yùn)動精度組合量身定制。此外，控制器可以微調(diào)激勵(lì)波形，以實(shí)現(xiàn)快速平穩(wěn)的啟動和停止，而不會過沖，以及對機(jī)械負(fù)載瞬變的清晰響應(yīng)。簡而言之，有什么不喜歡的？

圖1：有刷直流電機(jī)使用機(jī)械觸點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)磁場的換向和交變（左），而無刷直流電機(jī)設(shè)計(jì)使用電子換向，沒有易磨損或產(chǎn)生EMI的移動觸點(diǎn)（右）。

相比之下，有刷直流電機(jī)使用機(jī)械換向來切換轉(zhuǎn)子（也稱為電樞）與定子磁場的極性（定子的磁場由永磁體或電磁線圈產(chǎn)生，圖1（左）。電樞上沒有永磁體，而是電流通過的線圈繞組。正是轉(zhuǎn)子線圈和定子之間磁場的相互作用和不斷反轉(zhuǎn)，誘發(fā)了旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。反轉(zhuǎn)磁場的換向動作是通過物理接觸（稱為電刷）完成的，因此接觸電樞線圈并為電樞線圈帶來動力。

有刷電機(jī)的尺寸從微小的尺寸不等，通過數(shù)百馬力提供幾英寸盎司的扭矩，并且已經(jīng)成功使用了 100 多年，并且在許多安裝中都運(yùn)行良好。主要缺點(diǎn)是換向觸點(diǎn) - 在較大的電機(jī)中使用石墨實(shí)現(xiàn) - 會磨損，同時(shí)還會產(chǎn)生導(dǎo)電灰塵;觸點(diǎn)斷開時(shí)也會產(chǎn)生火花和EMI。較小的有刷電機(jī)使用具有類似問題的金屬板簧，但規(guī)模要小得多。

大多數(shù)新設(shè)計(jì)選擇BDLC電機(jī)，因?yàn)榕c有刷電機(jī)相比，它具有良好的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。您可以選擇不同的電壓、電流、扭矩和其他額定值，以及軟件或固件中的硬件驅(qū)動程序和控制算法。許多還提供GUI，可以輕松設(shè)置所需的性能屬性（速度，加速/減速配置文件和響應(yīng)能力）。

相比之下，有刷電機(jī)更難精確控制，并且這樣做的算法只能在更有限的范圍內(nèi)做到這一點(diǎn)。一些有刷設(shè)計(jì)增加了旋轉(zhuǎn)位置反饋傳感器（光學(xué)、霍爾效應(yīng)、電容或磁性），這樣可以在一定程度上提高性能，但會增加 BOM 成本，存在機(jī)械安裝問題，并增加了控制復(fù)雜性。（公平地說，雖然許多 BLDC 安裝不需要這樣的反饋傳感器，但有時(shí)會在那里添加它以允許閉環(huán)反饋和提高性能。

盡管有刷電機(jī)存在明顯的缺點(diǎn)，但它仍然具有廣泛的應(yīng)用，超出了所引用的高度專業(yè)化的泵示例或低成本玩具。它非常廣泛用于汽車等大眾市場用途，即使電氣和機(jī)械條件惡劣。IC供應(yīng)商提供有刷電機(jī)驅(qū)動器系列，例如德州儀器的DRV887x系列。圖 2 的基本 DRV8870 驅(qū)動器包括使用脈寬調(diào)制 （PWM） 控制為線圈供電以提高性能;該系列中的其他IC增加了故障報(bào)告和電流檢測等功能。

圖 2：a） 德州儀器 DRB8870 的系統(tǒng)級視圖顯示了它如何作為改進(jìn)型有刷電機(jī)驅(qū)動器 IC;b） 它集成的附加電路的詳細(xì)信息，以實(shí)現(xiàn)更高效、可控的電機(jī)運(yùn)行。

教訓(xùn)是，與普遍存在的傳統(tǒng)工程“智慧”相反，有刷電機(jī)和無刷電機(jī)之間的選擇很簡單。無論是否與電機(jī)相關(guān)，盡職盡責(zé)的工程師都會對項(xiàng)目優(yōu)先級及其相對權(quán)重進(jìn)行排名，然后在決定在特定情況下哪一種是最好的之前，先公平地查看各種替代方案。

審核編輯：郭婷