無刷電機(jī)與有刷電機(jī)的區(qū)別

電動機(jī)有有刷和無刷之分。有刷電動機(jī)的2個刷(銅刷或者碳刷)是通過絕緣座固定在電動機(jī)后蓋上直接將電源的正負(fù)極引入到轉(zhuǎn)子的換相器上，而換相器連通了轉(zhuǎn)子上的線圈，3個線圈極性不斷的交替變換與外殼上固定的2塊磁鐵形成作用力而轉(zhuǎn)動起來。由于換相器與轉(zhuǎn)子固定在一起，而刷與外殼(定子)固定在一起，電動機(jī)轉(zhuǎn)動時刷與換相器不斷的發(fā)生摩擦產(chǎn)生大量的阻力與熱量。所以有刷電機(jī)的效率低下?lián)p耗非常大。但是，他同樣具有，制造簡單，成本及其低廉的優(yōu)點！

無刷電機(jī)顧名思義就是沒有任何刷！他的空載阻力主要來自轉(zhuǎn)子與定子的旋轉(zhuǎn)接觸點，所以一般的無刷電機(jī)在轉(zhuǎn)子兩端都使用了滾珠軸承來減小摩擦！這樣就不會有大量的摩擦阻力與熱量(其實還是會發(fā)熱，只是熱源來自于線圈上的電阻損耗)，具有極高(80%-90%以上)的效率與高轉(zhuǎn)速！一般應(yīng)用在需要大功率輸出的模型上，提供卓越的強(qiáng)勁動力！

然而，經(jīng)常有人會稱“直流無刷電動機(jī)”，但事實上模型上使用的無刷電機(jī)就是3相交流電動機(jī)。那為什么我們可以用普通的直流電源來驅(qū)動他呢？奧秘就在于我們使用的無刷電子調(diào)速器！無刷電子調(diào)速器與有刷電子調(diào)速器的根本區(qū)別在于無刷電子調(diào)速器將輸入的直流電源，轉(zhuǎn)變?yōu)槿嘟涣麟娫矗瑸闊o刷電動機(jī)提供電源。

那么，提到無刷電機(jī)，我們就要關(guān)心它的KV值啦。KV是一個轉(zhuǎn)速單位等同于RPM/V，就是每1V電壓獲得的每一分鐘的空載轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)速=KV值*電壓。

一．“無刷”“有刷”的基本概念： 目前電動自行車廣泛采用的是直流永磁電機(jī)，直流永磁電機(jī)按照是否采用電刷換向可分為有刷電機(jī)和無刷電機(jī)兩種，有刷電機(jī)是直流電機(jī)的主流產(chǎn)品，目前絕大多數(shù)電動自行車電機(jī)都是有刷電機(jī)。無刷電機(jī)是一種特殊的直流電機(jī)，它采用內(nèi)置傳感器外加電子換向器的方法進(jìn)行電子換向，無刷電機(jī)主要是為了消除電刷的磨損，以及電刷接觸所產(chǎn)生的噪聲。

二．有刷電機(jī)的缺點沒有成為阻礙它在電動自行車中廣泛應(yīng)用的要素： 電刷磨損和電機(jī)噪聲是“有刷”相對與“無刷”的兩個最主要的缺點，但盡管存在這兩個缺點，為什么國內(nèi)絕大多數(shù)品牌廠家仍采用有刷電機(jī)的方案呢，難道他們沒有意識到這個問題嗎？原因在于：

1．電刷的磨損不構(gòu)成主要問題 電動自行車是一種間斷性工作的交通工具，一組電池通常最長的放電時間（騎行時間）一般為2-3個小時，使用者每天使用貿(mào)易的平均時間大約為1-2個小時，而現(xiàn)在，廣泛應(yīng)用于電動自行車的盤式轉(zhuǎn)子電機(jī)采用平面式換向器和優(yōu)質(zhì)加長式電刷，工作壽命一般在1500小時以上，因此，按每個用戶平均每天騎車1.5小時計算，一組電刷的使用時間已達(dá)1000天。可以看出，一組合格的電刷服役時間已接近三年，而更換一組電刷的成本僅為5元左右，平均每年不足2元！更何況，電動自行車使用了3年也確實有必要對車輛作一些全面的檢查和維護(hù)，更換一些磨損零件，宣揚(yáng)貿(mào)易電機(jī)十年免維護(hù)這種夸大的觀點，有誤導(dǎo)消費(fèi)者的嫌疑。

2．電機(jī)發(fā)出一點聲音是正常的 筆者在走訪市場時，一位無刷電機(jī)電動車的促銷員，演示無刷電機(jī)在空載條件下的靜音特性，以此證明無刷電機(jī)要比有刷電機(jī)優(yōu)越得多，其實，購買電動車絕不是購買空調(diào)設(shè)備，消費(fèi)者大可不必為它是否毫無噪聲而作出購買與否的決定。事實上，使用過無刷電機(jī)電動車的用戶會知道，無刷電機(jī)在空載時或低負(fù)載時（如平坦無風(fēng)情況下）電機(jī)發(fā)出的聲音確實很小，但是，當(dāng)運(yùn)行至重載狀態(tài)如上坡，頂風(fēng)，它往往會發(fā)出遠(yuǎn)遠(yuǎn)比有刷電機(jī)更為“巨大”的音響，甚至出現(xiàn)令人不適的電磁抖動，而這種聲音在安靜的店堂促銷過程中是不會出現(xiàn)的。 事實上，車輛電機(jī)運(yùn)行時發(fā)出一些聲音是正常的，畢竟它是一種戶外使用的交通工具，國家規(guī)定的噪聲合格標(biāo)準(zhǔn)為小于62分貝，絕大多數(shù)國產(chǎn)有刷電機(jī)都可以將分貝值控制在55分貝以下，屬合格產(chǎn)品。無刷電機(jī)的促銷員引導(dǎo)消費(fèi)者追求“靜音”，像促銷空調(diào)機(jī)那樣去促銷電動車，也有誤導(dǎo)消費(fèi)者之嫌疑，空調(diào)噪聲太大會影響睡眠，而電動車發(fā)出一點聲音是絕不會影響使用的！

三．現(xiàn)有的無刷電機(jī)方案存在的一系列問題： 某晚報《無刷勝有刷》一文武斷地將有刷電機(jī)指責(zé)為“壽命短、噪聲大、效率低”，甚至指出“一般使用6個月至一年就需要更換電機(jī)內(nèi)的碳刷”，討伐之音毫無顧慮！為此，本文也步其所為，略數(shù)電動自行車無刷電機(jī)之弊端。

1．傳感器工作環(huán)境差，導(dǎo)致系統(tǒng)失效！ 正規(guī)的無刷電機(jī)設(shè)計一般需要在非熱源區(qū)設(shè)置光電或磁性（霍爾元件）傳感器，用于檢測電機(jī)轉(zhuǎn)動位置，發(fā)出控制換向的信號，而現(xiàn)在市售的絕大多數(shù)所謂的電動自行車專用的無刷電機(jī)輪轂，由于受到設(shè)計尺寸和安裝方式的限制，無法將傳感器與熱源隔離，幾乎都采用了在鐵芯定子上定位開槽并用膠水固定三個霍爾元件的方法來安裝傳感器，眾所周知，電機(jī)的熱源是一個客觀存在，它來自電機(jī)的銅損和鐵損，特別是當(dāng)電機(jī)工作在較低效率區(qū)時，熱量聚集的速度很快，于是鐵芯就會發(fā)熱，直接設(shè)置在熱源區(qū)的傳感元件會出現(xiàn)性能漂移，導(dǎo)致?lián)Q向誤差，一旦換向錯誤，則會導(dǎo)致電機(jī)效率的大輻度下降，溫度進(jìn)一步升高，以致進(jìn)入惡性循環(huán)，直接導(dǎo)致電子換向器燒毀，一般表現(xiàn)為“短路”。一旦“短路”，無刷電機(jī)就有一種被“卡死”的感覺，轉(zhuǎn)動十分困難，使用者甚至不能腳踩騎行。只有請三輪車或出租車運(yùn)回，有經(jīng)驗的用戶會自備一把剪刀，一旦短路卡死，就將電機(jī)輸入線剪斷，使之“開路”，這樣，被燒毀的“無刷”，就可以蹬回到維修部了。

2．感應(yīng)電動勢，導(dǎo)致控制器燒毀： 筆者以顧客身份在詢訪市場時，有一位無刷的推銷員，在向我自豪地介紹了“靜音”特性之后，又興致勃勃地演示無刷電機(jī)神奇的自充電功能：關(guān)閉總電源，搖動中軸，使后輪轉(zhuǎn)動，然后鳴號表示已經(jīng)發(fā)電，腳踩出來的電又被回收到電池中去了，她告訴我“電池若沒有電可以自已發(fā)電”，神奇之極，且不去評價這種演示所表現(xiàn)的“永動機(jī)”屬性違反了基本的能量守恒定律是多么的荒謬之極，騙個別消費(fèi)者尚可，騙行家絕對不行，相反地，這種情況恰恰正是“無刷”的傷心地，由于無刷電機(jī)沒有超越離合器，當(dāng)車輪快速轉(zhuǎn)動，在電機(jī)輸入端會形成感應(yīng)電動勢，輪子轉(zhuǎn)得越快，感應(yīng)電動勢就越高，當(dāng)超過器件的耐壓值時，會導(dǎo)致電子換向系統(tǒng)的“電壓擊穿”，電機(jī)又要短路，輪子驟然卡死，又需要求助于“一剪開路”了，這種情況往往會出現(xiàn)于下坡過程中，用戶騎著無刷電動車吃吃力力地上坡，到了下坡，本以為可以輕松愜意一番，讓它自由滑行，速度越來越快，感應(yīng)電動勢越來越高，終于導(dǎo)致元件被擊穿，不用剎車就會停下來，這就是許多用戶反映“無刷電動車”上坡時沒壞，下坡時好端端地不會轉(zhuǎn)的原因。

3．只說電機(jī)永不磨損、壽命十年，保修兩年，就不說控制器！ 無刷與有刷不同，有刷的換向器置于電機(jī)之內(nèi)，而無刷則置于電機(jī)之外，因此，無刷電機(jī)系統(tǒng)實際上是由“電機(jī)”和“電子換向器”兩部份組成的。無刷的電機(jī)部分確實存在著某種“永不磨損”的屬性，而無刷的電子換向器卻是一個故障率很高的部件，如前所述的各種故障均發(fā)生的控制器上。目前，許多無刷的推銷員向顧客作出電機(jī)“保用2年、5年甚至10年”的承諾，但控制器（電子換向器）卻只能保修壹年，更換一只控制器費(fèi)用高達(dá)200元。事實上，若是算上無刷系統(tǒng)控制器的維修費(fèi)用，其維修成本將大大超過有刷電機(jī)更換幾個電刷的成本。一旦個別廠家撤消了對控制器（換向器）的保修承諾，消費(fèi)者的使用成本將迅速增加。

4．系統(tǒng)可靠性與性能的矛盾： 無需諱言，無刷電機(jī)的可靠性與最大工作電流有很大的關(guān)系，降低最大工作電流會改善可靠性，但如果大幅度降低最大工作電流，那就會帶來無刷電動車運(yùn)行乏力，性能低劣的負(fù)面影響，消費(fèi)者不歡迎，無刷沒有市場。這確實是擺在無刷系統(tǒng)面前十分嚴(yán)峻的課題。

5．無刷更需講“防水”： 筆者不僅一次地看見某些無刷電機(jī)的推廣商將整個無刷輪轂浸泡在“魚缸”里轉(zhuǎn)動，以炫耀其“兩棲”作業(yè)的“優(yōu)異”特性，在水下，有刷電機(jī)確實存在著換向困難的缺陷，但是，電動自行車并不是潛水艇，為何需要在水中行駛呢？這種看似有學(xué)問的演示，著實讓人看不懂！事實上這也算是一種“魔術(shù)”，因為無刷采用電子換向，演示者并沒有將電子換向裝置也置于水中，若是將整個控制器（換向裝置）也放在魚缸中，無刷電機(jī)的情況會比有刷更慘。事實上，無論是無刷還是有刷都采用釹鐵硼作為永磁材料，這種材料具有許多優(yōu)良的特性，但它最大的缺點之一就是抗氧化性差，置于水中無疑是將釹鐵硼置于最惡劣的條件之中，會導(dǎo)致電機(jī)的壽命因氧化失效。另外，無刷電機(jī)中有大量的硅鋼片，也是會生銹的，更需要講防水，進(jìn)行這樣的演示，雖然可以誤導(dǎo)一些觀眾，若被說穿也沒有什么意義。有刷電機(jī)用機(jī)械開關(guān)切換，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力矩。

無刷電機(jī)用霍爾元件測量轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度，用電子開關(guān)切換定子繞組的電流分配，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力矩。