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無刷直流永磁電動機與有刷直流永磁電動機的異同及適用性

典型的內轉子結構的無刷直流永磁電動機（BLDCM）與其相對應的傳統有刷直流永磁電動機（PMDCM)）相比較，由於消除了電/換向器的機械接觸，原先在裏面的旋轉電樞變成外面的靜止電樞，原先在外面的靜止永磁體磁極卻變成了裏面的旋轉永磁體轉子。

經過這樣的內外交替變換之後，使電動機具有比較高的力矩/慣量比值，能夠提供比較大的輸出功率、比較長的壽命和比較高的可靠性、比較高的運行速度等。因此，從考慮電動機性能的觀點出發，無刷直流永磁電動機將成爲最佳的選擇。從考慮成本的角度出發，當按照應用的總成本來評價時，即在產品的總壽命上計算，無刷直流永磁電動機有時也是最佳的選擇。

造價與壽命對比分析

一臺銷售價格在40元至45元左右的典型有刷直流永磁電動機在主要力能指標方面可以等效於一臺銷售價格在150元左右的無刷直流永磁電動機。顯然，40元至45元左右的有刷直流永磁電動機的價格低於等效的無刷直流永磁電動機。然而，這是電動機的初始成本，不是總成本。如果有刷直流永磁電動機僅能維持2000h，而採用無刷直流永磁電動機的最終產品的壽命是20000h，則有刷直流永磁電動機要被更換10次，總成本爲400元至450元（還沒有計及停工和維修的費用）。顯而易見，150元左右的無刷直流永磁電動機，實際上是更經濟有效的解決方法，因爲它將維持到產品的整個壽命。

性能對比分析

無刷直流永磁電動機（以下簡稱BLDCM）與有刷直流永磁電動機（以下簡稱PMDCM）的一般性比較，主要從換向、維護、機械特性、效率、體積功率等11個方面進行對雙分析。

●換向

BLDCM藉助轉子位置傳感器實現電子換向；

PMDCM由電刷和換向器進行機械換向。

●維護

BLDCM由於沒有電刷和換向器，很少需要維護

PMDCM需要週期性維護

●機械（速度/力矩特性

BLDCM平（硬），在負載條件下能在所有速度上運行；

PMDCM中等平（中等硬），在較高速度上運行時，電刷摩擦增加，有用力矩減小。

●效率

BLDCM由於沒有電刷壓降，所以效率高；

PMDCM中等。

●輸出功率/外形尺寸之比

BLDCM由於電樞繞組設置在與機殼相連的定子上，容易散熱。這種優異的熱傳導特性允許減小電動機的尺寸，所以輸出功率外形尺寸之比高；

PMDCM中等/低。電樞產生的熱量消散在氣隙內，這樣增加了氣隙溫度，從而限制了輸出功率外形尺寸之比。

●轉動慣量

BLDCM轉動慣量低。因爲永磁體設置在轉子上，改善了動態響應；

PMDCM轉動慣量高，限止了動態特性。

●速度範圍

BLDCM比較寬。沒有電/換向器給於的機械限制；

PMDCM比較窄，存在電刷給於的機械限制。

●電氣噪聲

BLDCM低；PMDCM電刷的電弧將對附近的設備產生電磁干擾。

●製造價格

BLDCM比較高，PMDCM比較低。

●控制

BLDCM控制複雜且價格較貴；PMDCM控制簡單和價格適宜。

●控制要求

BLDCM：爲了使電動機運轉必須要有控制器，但同樣的控制器可用於變速控制；

PMDCM：對於一個固定的速度而言，不需要控制器；有變速要求的時候才需要控制器。

●綜合情況對比

當然，在那些短時工作的，或者工作壽命不長的應用場合，不管是民用產品還是軍用產品，甚至在某些宇航技術領域內，沒有控制器的有刷直流永磁電動機，只要藉助現代科技和先進製造技術就能夠完善地解決電刷換向器的機械接觸問題，它將具有比無刷直流永磁電動機更高的運行可靠性，而成爲用戶優先選用的產品。

直流電機故障檢查和分析

直流電動機是將直流電能轉換爲機械能的電動機。由於直流電動機具有良好的調速性能，在電力拖動中被廣泛應用，直流電動機的常見故障及其檢查判定方法。

電樞繞組接地故障

電樞繞組接地故障是直流電動機繞組最常見的故障。電樞繞組接地故障一般常發生在槽口處和槽內底部，對其的判定可採用絕緣電阻表法或校驗燈法。

用絕緣電阻表測量電樞繞組對機座的絕緣電阻時，如阻值爲零則說明電樞繞組接地；採用毫伏表法進行判定時，若被測換向片與電動機軸之間有一定電壓數值，則說明該換向片所連接的繞組元件未接地；相反，若讀數爲零，則說明該換向片所連接的繞組元件接地。

電樞繞組短路故障

若電樞繞組嚴重短路，會將電動機燒壞。若只有個別線圈發生短路時，電動機仍能運轉，只是使換向器表面火花變大，電樞繞組發熱嚴重，若不及時發現並加以排除，則最終也將導致電動機燒燬。因此，當電樞繞組出現短路故障時，就必須及時予以排除。

電樞繞組短路故障主要發生在同槽繞組元件的匝間短路及上下層繞組元件之間的短路，查找短路的常用方法有：

① 路測試器法。將短路測試器接通交流電源後，置於電樞鐵心的某一槽上，將斷鋸條在其他各槽口上面平行移動，當出現較大幅度的振動時，則該槽內的繞組元件存在短路故障。

② 毫 伏表法。將6.3V交流電壓（用直流電壓也可以）加在相隔K/2或K/4兩換向片上（K爲換向片數），用毫伏表的兩支表筆依次接觸到換向器的相鄰兩換向片上，檢測換向器的片間電壓。

在檢測過程中，若發現毫伏表的讀數突然變小，則說明與該兩換向片相連的電樞繞組元件有匝間短路。若在檢測過程中，各換向片問電壓相等，則說明沒有短路故障。

電樞繞組斷路故障

這也是直流電動機常見故障之一。實踐經驗表明，電樞繞組斷路點一般發生在繞組元件引出線與換向片的焊接處。造成的原因有：一是焊接質量不好，二是電動機過載、電流過大造成開焊。這種斷路點一般較容易發現，只要仔細觀察換向器升高片處的焊點情況，再用螺釘旋具或鑷子撥動各焊接點，即可發現。

若斷路點發生在電樞鐵心槽內部，或者不易發現的部位，則可用毫伏表檢查，將6~12V的直流電源連接到換向器上相距K/2或K/4的兩換向片上，用毫伏表測裏各相鄰兩換向片間的電壓，並逐步依次進行測量。有斷路的繞組所連接的兩換向片被毫伏表跨接時，有讀數指示，而且指針發生劇烈跳動。若毫伏表跨接在完好的繞組所連接的兩換向片上時，指針將無讀數指示。