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浅谈有刷直流电机可以分为哪几种类型?

轮毂式有齿轮传动的有刷直流电机,由盘形电枢有刷电机和齿轮减速兼传动系统两部分构成。盘形电枢是高速转动的转子。

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好的,我们来浅谈一下有刷直流电机的主要分类。基于不同的特征,有刷直流电机可以分为以下几种主要类型:

  1. 按励磁方式/磁场来源分类 (最核心的分类方式):

    • 永磁式有刷直流电机: 电机的定子磁场由永久磁铁提供。
      • 特点: 结构简单、体积小、重量轻、效率高、启动转矩好、不需要励磁电路、维护简单。
      • 应用: 家用电器(风扇、吸尘器、电动工具、玩具)、汽车附件(车窗升降、雨刮)、小型设备驱动等。这是最常见的一类。
    • 励磁式有刷直流电机: 电机的定子磁场由通电的励磁绕组产生。根据励磁绕组与电枢(转子)绕组的连接关系,又细分为:
      • 串励式有刷直流电机: 励磁绕组与电枢绕组串联连接。
        • 特点: 启动转矩极大(约为额定转矩的3-5倍),过载能力强;转速随负载增加而显著下降(“软特性”)。启动电流大。
        • 应用: 要求大启动转矩的场合,如电动汽车(传统结构)、起重机、机车牵引、电动工具(某些大功率型号)。
      • 并励式有刷直流电机: 励磁绕组与电枢绕组并联连接。
        • 特点: 转速稳定性较好(负载变化时转速变化小,“硬特性”),可通过调节励磁电流来方便地进行速度控制(弱磁调速)。
        • 应用: 恒速运行或需宽范围调速的场合,如金属切削机床、风机、泵、需要稳定速度的设备。
      • 复励式有刷直流电机: 定子上同时有串励绕组和并励绕组。根据串联绕组与并联绕组的磁场叠加关系,可分为:
        • 积复励: 串励磁场与并励磁场方向相同。
        • 差复励: 串励磁场与并励磁场方向相反。
        • 特点: 兼具串励和并励的一些优点,比如积复励启动转矩较大,负载时速度稳定性比串励好。
        • 应用: 需要兼顾启动转矩和速度稳定性的场合,如升降机、轧钢设备辅助传动等(现在应用相对较少)。
      • 他励式有刷直流电机: 励磁绕组和电枢绕组分别由独立的电源供电
        • 特点: 控制性能最好、灵活性最高,励磁电流和电枢电流可以独立控制(通过电枢调压和励磁电流调磁实现宽范围平滑调速)。
        • 应用: 对调速性能要求高、控制精度高的场合,如大型机床主传动、轧钢机、精密设备、试验台等。
  2. 按用途分类:

    • 微特电机: 体积小、功率小(一般<1kW),用于精密驱动或控制信号的传递。很多是有刷永磁直流电机。
    • 驱动电机: 用于直接驱动设备的动力源。
    • 伺服电机: 在闭环控制系统中运行,要求响应快、转矩脉动小、调速范围宽。他励直流电机常被用作伺服电机。
  3. 按结构特征分类:

    • 无槽电枢有刷直流电机: 电枢铁心没有齿槽,电枢绕组贴在光滑的铁心表面上。
      • 特点: 转动惯量小、反应快、转矩脉动小、低速平稳性好,但功率较小。
    • 印刷绕组有刷直流电机: 电枢绕组的导体采用印刷电路板工艺制造在绝缘基片上(呈扁平状或薄盘状)。
      • 特点: 结构扁平、转动惯量极小、启动快、转矩脉动很小、换向火花小,适合高速。
    • 绕线盘式有刷直流电机 / 盘式直流电机: 定转子均为圆盘状结构,磁场轴向而非径向。
      • 特点: 轴向尺寸短、扁平、转动惯量小、转矩密度可能较高。
    • 空心杯电枢有刷直流电机: 电枢绕组做成杯状(无铁心),在永磁体构成的磁场中旋转。
      • 特点: 启动快、转动惯量极小、效率高、无齿槽转矩、运行平稳。
      • 应用: 需要快速响应的场合,如导弹舵机、高级航模、精密仪器、小型机器人关节。
    • 有槽铁心直流电机: 最常见的传统结构,电枢铁心有槽,绕组嵌入槽中。
  4. 按供电方式分类:

    • 直流供电: 最常用的方式,直接使用直流电源(电池、整流器)供电。
    • 脉动直流供电: 使用斩波器等方式产生脉动的直流电压进行供电和调速(如PWM调速)。
    • 可控硅整流供电: 在需要直接使用交流电网或大功率场合,通过可控硅整流(SCR)技术将交流电整流为可控直流电给电机供电。

总结:

有刷直流电机最主要的分类依据是励磁方式(即磁场如何产生),分为永磁式、串励式、并励式、复励式和他励式这五大类。 其他分类方式(用途、结构、供电)提供了看待电机功能、物理形态和使用环境的补充视角。永磁式和串励、并励式在中小功率应用中最为普遍。

在选择有刷直流电机类型时,需要综合考虑应用场景对启动转矩、转速特性(软/硬)、调速范围、调速精度、效率、体积、成本等方面的要求。

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