DC电机是什么?电机特征和原理的介绍

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2020年3月30日

电机通常是指,使用电力产生旋转运动的机器,是将电能转化为机械能的"电器"的总称。
电机的种类繁多,本节中介绍的DC电机指的是"直流电机(direct current motor)"。
DC电机被用于我们周围的各种机器中。

DC电机与其他的电机有何不同

电机的种类

电机,有几种不同的类型。按照内部结构和驱动方式的不同,可分为以下3种。

  • DC电机(用直流电源旋转)
  • AC电机(用交流电源旋转)
  • 步进电机(由脉冲信号驱动1步1步进行旋转)

与另外2种电机相比,DC电机的特点是可进行高速旋转,且启动扭矩较大。

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DC带刷电机 DC无刷电机 AC电机 步进电机
效率 优秀 较差
启动转矩 优秀 较差 优秀
转速 根据设定可以实现比其他种类电机更高的转速 3600[r/min]以下
(2极、60[Hz]时)
2000[r/min]以下
丢步和堵转 均无 有堵转 有丢步
寿命 取决于电刷寿命 良好 良好 良好
驱动电路 不需要 需要 不需要 需要
控制方法 主要为闭环 主要为开环
位置控制 使用伺服电机时可以实现 使用伺服电机时可以实现 可以实现
恒定速度控制 较差 最佳 较差 优秀

DC电机可分为"有刷"和"无刷"两类

根据电刷(电极)的有无,可将DC电机分为"有刷电机"和"无刷电机"。

"有刷(电机)"在与直流电源相连时旋转。"无刷(电机)"则需要有驱动电路(驱动器),通过检测转子的磁极位置,在绕组中传递适当的电力路来旋转。

有刷DC电机 横截面示意图

无刷DC电机 横截面示意图

有刷与无刷(电机)各自特征的区别

有刷电机

有刷电机可大致分为使用永磁铁的"永磁铁磁场型"和不使用永磁铁的"电磁铁磁场型"这2类。

永磁铁磁场型
这类电机作为模型用电机、汽车配件电机等,是在世界上使用最为广泛的电机。根据电枢(转子)的类型,可将其进一步分为3类:槽型、无槽型和无铁芯型。
电磁铁磁场型
这是一类通过电磁铁产生磁通量的电机。根据励磁绕组和点数绕组间连接方式的不同,可分为"并联电机"、"串联电机"和"他励(tarei)电机"3类。这类电机主要为中型至大型输出的电机。

无刷电机

无刷电机由于线圈不发生旋转,因此不需要电刷和整流器。根据转子上永磁铁安装方法的不同,可分为以下几类。

表面磁铁型(SPM:Surface Permanent Magnetic)
在转子的外围贴附有永磁铁。
内置磁铁型(IPM:Interior Permanent Magnet)
转子内侧嵌有永磁铁。

DC电机的优点和缺点

有刷电机因其旋转控制好、效率高、易于小型化的特点,成为了当前使用最多的电机。
无刷电机去除了作为有刷电机缺点的电刷和整流器,因此使用寿命长、易于维护、噪音小。

有刷电机的特点

优点
  • 在不需要控制速度的情况下,不需要驱动电路。
  • 高效率设计。
  • 可高速旋转运行。
  • 启动扭矩大。
  • 可通过电压来控制转数和扭矩,响应性好,易操作。
缺点
  • 由于需要使用电刷、整流器这类易耗部件,因此寿命较短。
  • 电刷会产生电噪声和噪音。

无刷电机的特点

优点
  • 不使用电刷,因此寿命较长。
  • 高效率设计。
  • 速度控制稳定。
  • 可高速旋转运行。
  • 启动扭矩大。
缺点
  • 需要有驱动电路(驱动器)。

DC电机有哪些应用

毫不夸张地说,DC电机被应用于我们周围生活环境的各个角落。它们以各种形式,被广泛应用于各种用途。
比如,在生活方面,它被用于空调等空气调节机、冰箱、热水器等处。工作方面,则在办公室配备的投影仪、金融机构使用的ATM终端设备内部都有使用。另外,其使用还扩展到了以换气系统为中心的住宅设备、测量仪器、汽车、医疗设备等方面。

DC电机的生产数量很多,在防止噪音以及节能方面,是对生活环境以及地球环境来说极为重要的电机。

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