选择直流电机类型时超越传统智慧

直流电机的广阔世界分为两个基本类别：有刷和无刷。打个比方，有刷电机“永远”存在，虽然数十亿台此类电机的使用证明它可以正常工作，但它有许多众所周知的缺点。其中包括电刷磨损、电噪声、中低效率、可控性等。

几十年前，采用电气换向的无刷电机开始流行。这主要归功于两项发展：高能、永磁体和低成本、有效的功率开关器件（即金属氧化物半导体场效应晶体管或 MOSFET，以及绝缘栅双极晶体管或 IGBT），用于线圈。很快，有刷电机似乎被降级到高性能和可靠性不是优先考虑的低端应用。即使是数百马力范围内的较大有刷电机也过渡到真正的无刷设计或可变交流驱动器（无刷的近亲），而较小的电机同样经常过渡到步进电机方法，这是无刷电机的另一个亲戚。在某些时候，有刷电机似乎只适用于低成本的一次性玩具。橱窗展示；和类似的低端应用程序。

因此，当一个新产品需要直流电机时，现在的趋势是想到无刷，对吧？可能是这样，但那将是一种短视的做法。在Medical Design Briefs 2018 年 1 月刊上发表的题为“每一滴水都很重要：设计电机以优化家用和流动输液泵”的引人入胜的案例研究文章让我明白了这一点，其中 Portescap 的一名工程师执行电机-输液泵选型分析。这种泵（包括电机、齿轮和泵机构）必须小巧、高效、安静且可靠，因为它位于用户附近的杆子上或由患者携带。

作者分析了为什么有刷电机是这种情况下的最佳选择，但他也承认它与无刷电机相比存在相对的缺点。首先，当然，他定义了组件必须达到的流量规格，这转化为电机的扭矩和其他基本性能规格。然后，他定性地比较了满足这些要求的有刷、无刷和步进电机的特性。他还讨论了不同电机类型所需的泵机构的不同传动装置，这是电机选择过程中的一个主要因素。

让我印象深刻的是，这篇文章并没有说无刷在效率、紧凑性、寿命、噪音水平和可靠性的所有属性中都是最好的。换句话说——尽管并不奇怪——每个设计选择都是在它们之间的依赖关系的背景下做出的权衡。这是一个经常在设计审查或讨论中被掩盖的工程现实，但它是工程过程的本质。

这样的文章可以教会新老设计师在特定情况下关注的不仅仅是将选项选择与特定案例中的设计优先级相匹配。它还可以澄清在决定优先级、它们的权重以及它们的技术和美元成本时，在任何分析中都必须明确的必要性。在这种情况下，无刷和步进电机在所需的速度和扭矩水平下存在与传动装置和效率相关的问题，这使得它们成为不太理想的选择，即使有刷电机在更长的使用寿命方面表现出一些弱点。

无论是就电机还是其他关键部件做出决策，采用“显而易见”的解决方案或采用传统的大众智慧可能都不是正确的选择。退后一步，诚实地审视参数和性能之间的数字、权衡、关系和妥协，就像输液泵应用的案例研究一样。

审核编辑 黄昊宇