无刷和有刷直流电机有什么区别？一文读懂它们的工作原理

电机包括很多种类，除了一部分特殊种类以外，基本上都是利用磁体的N极和S极的磁力（吸引力和排斥力），以及电流流过产生的磁场，使电机的轴（转子轴）旋转的原理制成。

其中，使用直流电源转动轴的电机称为DC电机（直流电机），大致可以分为"有刷"和"无刷（BLDC）"。

那么，什么是电刷？有刷DC电机与无刷DC电机的区别？

电刷是与换向器组合使用的DC电机零件，是使DC电机保持旋转的机制之一。也就是说，带有换向器和电刷的DC电机就是"有刷DC电机"，使用电子电路代替换向器和电刷的DC电机就是"无刷DC电机（BLDC）"。

为了使DC电机的轴在某个方向上持续旋转，需要一种在轴（转子）旋转半圈时能够使电流方向反转的机制。有刷DC电机就使用换向器和电刷构成了机械的切换机制。

但是，在这个机制中，轴在换向器和电刷接触的状态下旋转，长时间旋转将会导致换向器与电刷因摩擦而老化。也就是说它们都是消耗品，需要定期维护。而且，始终相互接触还会导致电刷产生电磁干扰和噪音的问题。

为此，无刷DC电机配置了电子电路用于检测轴的旋转状态，省去了换向器和电刷，而且不需要定期维护，同时也降低了电磁干扰和噪音。

有刷DC电机的工作原理

有刷电机用线圈作为转子。转子旋转时，切换与电刷接触的换向器。由此，也就切换了流过电流的线圈。

这样，通过及时切换电流方向，就能够使转子持续旋转。

无刷DC电机的工作原理

无刷DC电机使用永磁体作为转子，不需要换向器和电刷。通过检测出转子的磁极位置并切换电流流过的线圈，使转子旋转。因此，无刷电机需要驱动电路（驱动器）。另外，还要使用霍尔传感器等磁性传感器检测轴的旋转位置（也有不使用传感器的无传感器方式）。

霍尔传感器利用霍尔效应判断磁场的强度。通过将其转换为电信号，检测出永磁体的位置（N极还是S极），并通过切换流过电流的线圈使电机轴旋转。

有刷DC电机与无刷DC电机的特点

有刷DC电机与无刷DC电机分别具有下列特点。

有刷DC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。易于控制，易于使用

缺点

会消耗电刷和换向器因此需要维护电刷会产生电磁干扰和噪音

无刷DC电机的特点

优点

换向器无需和电刷接触，因此寿命较长可以实现高速旋转跟踪性、响应性良好

缺点

需要驱动电路总体成本可能很高

无刷DC电机的种类

无刷DC电机分成外转子方式和内转子方式两大类。

外转子方式

在内侧配置线圈，外侧配置永磁体，使外侧永磁体旋转的方式。可以实现稳定的旋转。

内转子方式

在内侧配置永磁体，外侧配置线圈，使内侧永磁体旋转的方式。与有刷电机同样，可以实现精密的控制。

无刷DC电机的用途

无刷DC电机具有小型、高功率、低振动且低噪音、长寿命等特点，广泛应用于空调设备（空调、空气净化器等）、住宅设备、冰箱、热水器、自动贩卖机、复印机、打印机、投影仪、商业设备、测量仪器、汽车、医疗设备等领域的多种用途。

空调设备住宅设备热水器、燃烧器单元自动贩卖机冷冻、冷藏展示柜金融终端（ATM）、找零机、货币兑换机、售票机无尘室光学产品打印机复印机保健设备商业设备

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空调三相交流异步电动机和无刷直流电动机运行原理

空调器的压缩机电动机主要有单相交流异步电动机（普通定频机）、三相交流异步电动机（大功率定频机）和无刷直流电动机（变频机）三种类型。其中单相交流异步电动机主要用于功率较小的空调器，它的结构和工作原理与电冰箱电动机的差不多。三相异步电动机主要用于大功率定频空调器和变频空调器。无刷直流电动机主要用于变频空调器。

1、三相交流异步电动机

三相交流异步电动机主要由定子绕组和转子绕组构成。和单相交流异步电动机不同的是，它的定子绕组不是主副两相绕组，而是三相对称绕组。

定子三相绕组通入三相交流电流后，会产生一个旋转磁场，它的旋转方向与三相交流电流的相序有关，任意调换其中的两相电流（即任意调换两相绕组的供电线）， 则旋转磁场反转。

定子产生的旋转磁场在旋转时，会切割转子绕组，于是转子绕组中就会产生感应电流。感应电流又会在旋转磁场作用下产生电磁力，驱动转子顺着旋转磁场的方向旋转。由于转子的转速小于旋转磁场的转速，所以这种电动机被称为三相异步电动机。由于三相交流异步电动机的定子与转子之间存在电磁感应作用，所以电动机在运转时有电磁噪声，转子绕组有电磁损耗。

提醒注意的是：三相交流异步电动机在正常运行时，如果三相电源的任意一相突然断路，电动机就处于缺相运行状态。此时电动机定子绕组的电流增大，转子转速下降，时间一长就会烧毁电动机。所以三相交流异步电动机禁止在缺相状态下运行。

2、无刷直流电动机

无刷直流电动机也由转子和定子组成。定子仍由三相对称绕组构成，但转子没有绕组，而是由永磁体构成。工作时，定子绕组通入三相交流电流后，产生旋转磁场，与永磁体转子的固定磁场直接作用，实现电动机运转。

由于无刷直流电动机使用的仍然是交流电流， 所以说无刷直流电动机本质上仍是一种交流电动机。

由于无刷直流电动机的定子与转子之间不存在相互的电磁感应作用，所以它克服了交流电动机的电磁噪声与转子的电磁损耗。

无刷直流电动机是没有换向电刷的，要想让永磁体转子在磁场中维持旋转, 电动机在运行时必须实时检测出永磁体转子的位置，以驱动定子绕组换相。

实现无刷直流电动机位置检测通常有两种方法：一种是利用电机内部的霍尔元件提供位置信号；另一种是对无刷直流电动机的相电压采样，然后经过运算后得出位置信息。变频空调的压缩机电动机都釆用后一种方法换相。

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