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为什么电动工具一般用有刷电机,无刷电机不行吗?

发表时间:2019/10/28  浏览次数:139  
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为什么电动工具一般都用有刷电机?

主要是有刷电机的能量密度比无刷电机要大,不仅仅是电动工具上使用了有刷电机,汽车摩托车的启动电机,也往往使用了有刷电机,两种负荷的启动过程,都是需要非常大的启动扭矩,瞬间启动电流,可能会超过10倍以上的额定电流,有刷电机有成本和体积优势。

有刷电机和无刷电机优缺点

一般电动工具上使用的有刷电机,是串励电机,这种电机可以交直流两用的,启动扭矩非常大,转速高,转速调整容易,电源通用性强,而且体积小,这个特点相信用过电动工具的人都有体会的,太重太大的东西,手持着根本不好操作。而这种电机的结构简单,所以生产成本比较低下,另外控制上电路上也很简单,几乎是有电源给过来就可以工作了,断开电源就可以停止工作。

但是这种串励电机,带碳刷来换相的,碳刷是易损件,使用一段时间后碳刷需要更换,如果有些粉尘之类进入到碳刷和整流子之间,磨损会加剧,而且容易直接烂掉。另外因为碳刷存在,可以高速时候会有一定的噪音,使用起来不是很舒适。

而无刷电机,使用电子霍尔元件来模仿碳刷换相,这样理论上它可以解决了碳刷容易磨损的问题,给维护上带来方便可靠,而且噪音降低了很多。

无刷电机,本质是一种交流电机,需要轮流给各相的线圈脉冲电压导通,所以需要母线上有稳定的直流电源供电给可以工作,如果没有直流电,需要让交流电整流后变成直流才可以使用,而控制线圈之间导通,需要很多开关管,而霍尔信号采集和处理,需要相关的电路和控制芯片,因为无刷电机的控制部分比有刷电机要复杂很多,这样成本会贵很多,而且霍尔有要接线,如果线断了,也会影响使用的。

因为无刷电机算是机电一体化的系统,体积上也会比有刷电机大,而且因为扭矩和高速性能上和有刷电机有差异,所以目前在洗衣机,排风扇,电吹风,吸尘器等家电设备上,依然大规模使用了有刷电机。

虽然目前有刷电机,在电动工作等小设备上依然大规模使用有刷电机,但是不排除以后技术进步了,无刷电机依然会有取代无刷电机的可能性。

早期的电动车上也是使用了有刷电机的,目前主流都变成了无刷电机。而工业系统也是一开始大规模使用有刷直流调速系统的,但是目前已经过渡到以异步电机+变频器为主体的调速装置,同样也是无刷的,从这些行业的经验来看,有刷电机的碳刷先天缺欠,是被淘汰的核心根本。

如果有一天,直流无刷电机的产业规模足够大了,价格能够降低下来。而大功率电子元件的技术得到了突破,体积做的非常小,而容量做的非常大了,无刷电机的能量/体积比增加了,也不排出小家电和电动工具等场合大规模使用了无刷电机。

另外无霍尔启动也是一个重要的细节,在电动工具上使用霍尔来切换无刷电机的相位,多了一个检测环节,如果取消霍尔来启动,瞬间启动扭矩和转速会波动比较大。如果启动的算法成熟了,能够解决这个无霍尔启动问题,也许电动工具和汽车摩托车启动电机,都可能会被无刷电机取代。

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