選擇直流電機類型時超越傳統(tǒng)智慧

直流電機的廣闊世界分為兩個基本類別：有刷和無刷。打個比方，有刷電機“永遠”存在，雖然數(shù)十億臺此類電機的使用證明它可以正常工作，但它有許多眾所周知的缺點。其中包括電刷磨損、電噪聲、中低效率、可控性等。

幾十年前，采用電氣換向的無刷電機開始流行。這主要歸功于兩項發(fā)展：高能、永磁體和低成本、有效的功率開關器件（即金屬氧化物半導體場效應晶體管或 MOSFET，以及絕緣柵雙極晶體管或 IGBT），用于線圈。很快，有刷電機似乎被降級到高性能和可靠性不是優(yōu)先考慮的低端應用。即使是數(shù)百馬力范圍內(nèi)的較大有刷電機也過渡到真正的無刷設計或可變交流驅動器（無刷的近親），而較小的電機同樣經(jīng)常過渡到步進電機方法，這是無刷電機的另一個親戚。在某些時候，有刷電機似乎只適用于低成本的一次性玩具。櫥窗展示；和類似的低端應用程序。

因此，當一個新產(chǎn)品需要直流電機時，現(xiàn)在的趨勢是想到無刷，對吧？可能是這樣，但那將是一種短視的做法。在Medical Design Briefs 2018 年 1 月刊上發(fā)表的題為“每一滴水都很重要：設計電機以優(yōu)化家用和流動輸液泵”的引人入勝的案例研究文章讓我明白了這一點，其中 Portescap 的一名工程師執(zhí)行電機-輸液泵選型分析。這種泵（包括電機、齒輪和泵機構）必須小巧、高效、安靜且可靠，因為它位于用戶附近的桿子上或由患者攜帶。

作者分析了為什么有刷電機是這種情況下的最佳選擇，但他也承認它與無刷電機相比存在相對的缺點。首先，當然，他定義了組件必須達到的流量規(guī)格，這轉化為電機的扭矩和其他基本性能規(guī)格。然后，他定性地比較了滿足這些要求的有刷、無刷和步進電機的特性。他還討論了不同電機類型所需的泵機構的不同傳動裝置，這是電機選擇過程中的一個主要因素。

讓我印象深刻的是，這篇文章并沒有說無刷在效率、緊湊性、壽命、噪音水平和可靠性的所有屬性中都是最好的。換句話說——盡管并不奇怪——每個設計選擇都是在它們之間的依賴關系的背景下做出的權衡。這是一個經(jīng)常在設計審查或討論中被掩蓋的工程現(xiàn)實，但它是工程過程的本質。

這樣的文章可以教會新老設計師在特定情況下關注的不僅僅是將選項選擇與特定案例中的設計優(yōu)先級相匹配。它還可以澄清在決定優(yōu)先級、它們的權重以及它們的技術和美元成本時，在任何分析中都必須明確的必要性。在這種情況下，無刷和步進電機在所需的速度和扭矩水平下存在與傳動裝置和效率相關的問題，這使得它們成為不太理想的選擇，即使有刷電機在更長的使用壽命方面表現(xiàn)出一些弱點。

無論是就電機還是其他關鍵部件做出決策，采用“顯而易見”的解決方案或采用傳統(tǒng)的大眾智慧可能都不是正確的選擇。退后一步，誠實地審視參數(shù)和性能之間的數(shù)字、權衡、關系和妥協(xié)，就像輸液泵應用的案例研究一樣。

審核編輯黃昊宇