什么是无刷电机
无刷直流电机由电动机主体和驱动器组成，是一种典型的机电一体化产品。由于无刷直流电动机是以自控式运行的，所以不会像变频调速下重载启动的同步电机那样在转子上另加启动绕组，也不会在负载突变时产生振荡和失步。中小容量的无刷直流电动机的永磁体，现在多采用高磁能级的稀土钕铁硼(Nd-Fe-B)材料。因此，稀土永磁无刷电动机的体积比同容量三相异步电动机缩小了一个机座号。
1.什么是无刷电机
无刷直流电机由电动机主体和驱动器组成，是一种典型的机电一体化产品。由于无刷直流电动机是以自控式运行的，所以不会像变频调速下重载启动的同步电机那样在转子上另加启动绕组，也不会在负载突变时产生振荡和失步。中小容量的无刷直流电动机的永磁体，现在多采用高磁能级的稀土钕铁硼(Nd-Fe-B)材料。因此，稀土永磁无刷电动机的体积比同容量三相异步电动机缩小了一个机座号。
2.无刷电机工作原理
无刷直流电动机是采用半导体开关器件来实现电子换向的，即用电子开关器件代替传统的接触式换向器和电刷。它具有可靠性高、无换向火花、机械噪声低等优点，广泛应用于高档录音座、录像机、电子仪器及自动化办公设备中。
无刷直流电动机由永磁体转子、多极绕组定子、位置传感器等组成。位置传感按转子位置的变化，沿着一定次序对定子绕组的电流进行换流(即检测转子磁极相对定子绕组的位置，并在确定的位置处产生位置传感信号，经信号转换电路处理后去控制功率开关电路，按一定的逻辑关系进行绕组电流切换)。定子绕组的工作电压由位置传感器输出控制的电子开关电路提供。
位置传感器有磁敏式、光电式和电磁式三种类型。
采用磁敏式位置传感器的无刷直流电动机，其磁敏传感器件(例如霍尔元件、磁敏二极管、磁敏诂极管、磁敏电阻器或专用集成电路等)装在定子组件上，用来检测永磁体、转子旋转时产生的磁场变化。
采用光电式位置传感器的无刷直流电动机，在定子组件上按一定位置配置了光电传感器件，转子上装有遮光板，光源为发光二极管或小灯泡。转子旋转时，由于遮光板的作用，定子上的光敏元器件将会按一定频率间歇间生脉冲信号。 采用电磁式位置传感器的无刷直流电动机，是在定子组件上安装有电磁传感器部件(例如耦合变压器、接近开关、LC谐振电路等)，当永磁体转子位置发生变化时，电磁效应将使电磁传感器产生高频调制信号(其幅值随转子位置而变化)。
3.无刷电机的优缺点
优点
1.无电刷、低干扰
2.噪音低，运转顺畅
3.寿命长，低维护成本
缺点
1.造价高
控制器的成本增加至少百元拿微电机来说。原来的换向器和碳刷的成本要低的多。
2.如果使用的环境是在高磁场的地方或曾经接触或和高磁场很近电机将失去作用
因为电机本身的转子部件是磁体所作是经过充磁才有磁性的经过高磁场将改变转子的磁场或是消掉了部分的磁性电机都将不能正常工作。
4.无刷电机的应用
通常被使用在控制要求比较高，转速比较高的设备上，如航模，精密仪器仪表等对电机转速控制严格，转速达到很高的设备上。
拓展：有刷电机与无刷电机有什么区别？
你会发现当你买了电动工具后，有的产品包装盒里会送2个小配件，有人知道它是碳刷，有人既不知道叫什么也不知道怎么用。
而现在不管是海报宣传还是销售介绍，都将电动工具是无刷电机作为一大卖点，你要是问有什么区别，很多人只知道区别就是有无碳刷，那么碳刷到底是什么，它有什么作用，有刷电机与无刷电机之间有什么区别嘞？
碳刷人们也将它叫做电刷，主要在电气设备上广泛使用，是在一些电动机或者发电机的固定部分与旋转部分做信号或能量的传递，外形为长方形，还有金属线安装在弹簧内，碳刷是一种滑动接触件，所以容易磨损需要定期更换和清理磨损掉的积碳。
图片来源：pixabay
碳刷的主要成分是碳，工作时通过弹簧施压就像刷子一样在旋转件上工作，所以叫做碳刷，主要材料是石墨。
先了解一下碳刷的主要材料石墨，石墨属于自然元素，其主要成分是碳，颜色为黑色，不透明，具有半金属光泽，硬度不高，用指甲都能抠动，石墨与钻石的成分都是碳，但性质却有很大的区别，这是由于碳原子的排列结构不同造成的。
石墨虽然成分为碳，但它是一种耐高温的材料，它的熔点到达3652℃，利用这种耐高温的特性，可以将石墨加工成耐高温的化学器具坩埚。
石墨的导电性能非常好，超过很多金属，是非金属的上百倍，所以制造成电极，碳刷等导电零部件；石墨的内部结构决定了其有很好的润滑性，我们常在生锈的门锁里放入铅笔灰或石墨，这样开门就容易多了，这应该就是石墨起到的润滑作用吧。
图片来源：pixabay
不要以为石墨只能做铅笔芯这些基础的产品，现在从石墨中提炼出来的新材料石墨烯，你一定听说过吧，它已经成为全世界最炙手可热的新技术材料，现在的很多高科技产品都要用到它。
图片来源：pixabay
碳刷一般在直流电器上使用，像我们家中使用的冰箱，洗衣机及空调等都没有电刷，这是因为交流电机不需要恒磁场，所以就不需要换向器，也就无需碳刷。
要了解碳刷的作用和意义，就要先了解有刷电机与无刷电机工作原理和区别。
有刷电机所有电机都由定子和转子组成，在直流电机中，为了让转子转起来，需要不断改变电流方向，否则转子只能转半圈，这就好像用脚蹬自行车踏板，单脚只能蹬半圈，所以直流电机就需要改变转子中的电流，也就是把通电导体的方向在需要换向的时候换向。
换向器的换向是，当在电磁场中放入一个通电导体切断磁场，导体会被力推出静止的磁场，这是因为磁场的磁力线被导体周围的电磁场压变形了，磁力线试图反弹回直线的形状，这就相当于会产生吸引力和排斥力，让电机转起来。
换向器由两个半圆段构成，连接处由绝缘材料隔开，两段换向器转动分别与碳刷连接，碳刷会重复连接到符合推动力的那段换向器，这样重复电机就转动起来了。
无刷直流电机是采用电子换向，没有换向器和碳刷，而是使用的位置传感器，主要由永磁体转子，多极绕组定子和位置传感器等组成，位置传感器根据转子的位置磁极，给向邻的定子线圈通电，让定子产生与转子向吸的磁极，就能吸引转子转动，这样重复就能推动电机转动。
有刷电机是采用机械换向，外部磁极不动内部线圈动，电机工作时，换向器和线圈一起旋转，碳刷与磁钢都不动，于是换向器和碳刷产生摩擦，完成电流方向切换。
在有刷电机中，将各组线圈排成一个圆环形，相互之间又用绝缘材料隔开，形成一个圆柱形与电机轴连成一体，电源通过两个碳刷，在弹簧的压力下压在线圈上，每组线圈转动到碳刷下面就能给这组线圈通电。
随着电机转动，给不同线圈或同一线圈不同两级通电，使线圈产生磁场两极与靠近永磁铁定子的两极有一个角度，通过同极相斥和异极相吸产生力量，推动电机转动。
有刷电机与无刷电机的区别除了碳刷外，有刷电机是利用齿轮来进行控制，这就会让电机的返修率增加了；而无刷电机就不需要用齿轮，不会经常维修，使用寿命就会高一些，可靠性也比较高，不过无刷电机的控制系统成本也会相对有刷电机高；此外有刷电机的噪音比较大，而无刷电机声音小得多，工作效率也会高一些。
碳刷在直流电机中起到了非常重要的作用，碳刷在电机的运动部件之间传导电流，这种传导是一种滑动传导，能够将电流从固定端传递到发电机或电动机的旋转部分，由几个碳刷组成一个碳架，所以这种传导方式也就造成了碳刷容易磨损，碳刷还有改变电流方向，也就是换向的作用。
碳刷在交流电设备上也有使用，交流电机碳刷与直流电机碳刷形状和材质是一样的，交流电机中是绕线转子而且需要变速的，才需要碳刷，如我们常用的手电钻，抛光机也需要常换碳刷，它的作用也非常重要。
由于无刷电机有着诸多的优点，特别是一些电动工具及电动自行车等，现在市场上用无刷电机的产品越来越多，都在讨论碳刷的时代就要结束了，有刷电机也将被淘汰掉，对此观点你怎么看？
更多机械，制造，原理 干货类文章，请关注我们的微信公众号 制造原理
拓展：无刷电机｜无刷电机优缺点及应用场景
无刷电机是近几年市场的新星，为什么近几年的产品的电机都更换为无刷电机了呢？究竟什么是无刷电机呢，无刷电机的应用场景有哪些呢？无刷电机有什么优点呢？下面咱们一起来了解一下。
无刷电机一般分为：
1、无刷直流电机（BLDC）。
2、永磁同步电机（PMSM）。
3、反向电动势为梯形波叫无刷直流电机（BLDC）。
4、为正弦波叫永磁同步电机（PMSM）。
其控制方法也分为：
1.方波控制。
2.正弦波控制。
图片来自网络
无刷电机的应用场景也是多种多样的，和我们生活较为相近的，搅拌机，如吸尘器，洗地机，便携式汽车打气泵等；小孩子的玩具，电动滑板车，电动助力车等；如航模爱好者使用的航模，无人机，航拍工具，船模等；计算机风冷系统，碎纸机，电动自行车，摄像机，电风扇，冰箱，空调，电动车门，各类风机，水泵等。
图片来自网络
能适用于这么多的产品正是因为无刷电机相比传统有刷电机有着更多的优点
1、轻薄、轻量、大功率
无刷电动机的转子使用永磁磁钢，因此，实现了薄型、轻量和大功率。可满足装置的小型化需求。
2、更节能
无刷电动机的转子部使用永磁磁钢，减少了转子的二次损耗，大幅减少耗电。有助于装置的节能。
3、稳定
无刷直流电机由电动机主体和驱动器组成，是一种典型的机电一体化产品。由于无刷直流电动机是以自控式运行的，所以不会象变频调速下重载启动的同步电机那样在转子上另加启动绕组，也不会在负载突变时产生振荡和失步。
4、使用寿命
无刷电机可连续工作20000小时左右，常规的使用寿命7-10年。碳刷电机：可连续工作5000小时左右，常规的使用寿命2-3年。
5、维修售后
碳刷电机需要更换碳刷，如果更换不及时会造成电机的损坏，而无刷电机，使用寿命很长，通常是有刷电机的10倍以上，但是坏了就需要更换电机，但日常维护基本不需要。
6、使用效果
无刷电机：通常是数字变频控制，可控性强，从每分钟几万转，到每分钟几万转都可以很容易实现。
碳刷电机：旧碳刷电机一般启动以后工作转速恒定，调速不是很容易，串激电机也能达到20000转/分，但是使用寿命会比较短。
图片来自网络
其无刷电机的造价相对于传统有刷电机造价会相对高一些，但由于其工能更加强大，所以现在应用无刷电机的场景也越来越多，如果没有不考虑成本问题的情况下，有刷电机是无法和无刷电机相提并论的。