为您的 OEM 泵解决方案选择合适的电机
作者：Brad Blum 和 John Batts
Masterflex 隶属于 Avantor，因高质量的 Masterflex® 和 Ismatec® 泵技术而闻名。当需要定制泵以集成到正在开发的设备中时，许多 OEM 会想到 Masterflex 的 OEM 团队。选择泵解决方案时，不仅需要考虑泵的样式，还需考虑电机类型。在为您的 OEM 泵解决方案选择电机时，请牢记将以下众多因素纳入考虑之中。
电机类型
在当今各种不同类型的电机中，有四种电机技术覆盖了大多数应用，每一种都有各自的优点和局限性，这些都应加以考虑。
有刷直流/永磁直流 (PMDC) 电机
在成本敏感型应用中，出于多种原因，有刷直流和 PMDC 电机往往是首选方案。通常这类电机的初始拥有成本较低。具备强大的功能组合，适用于多种不同应用。这类电机内置电刷，可将电流转换为电机运动。许多电机技术需要借助驱动器来控制电机的运行。而有刷直流电机不一定需要驱动器，尤其是当应用仅要求电机以固定速度运行时。在需要驱动器进行高级控制的应用中，有刷直流电机的控制器往往比其他电机技术的类似控制器便宜。
有刷直流电机设计存在内部电刷磨损问题，这主要由两个因素导致的：电机速度和电机上的负载。取决于所使用的有刷直流电机类型，有两种可能结果：
- 对于不可更换电刷的电机，电刷寿命通常在 500 至 4,000 小时之间，实际寿命则取决于多种因素，必须丢弃并更换超过使用寿命的电机。
- 对于可更换电刷的电机，其使用寿命往往更长。这种电机的电刷可更换，可降低初始维护成本。由于换向器片磨损（电刷在电机内部摩擦以将电能传递给电机），当达到一定的电刷的更换次数后，就必须更换整个电机组件。
除电刷磨损之外，如需严格调节电机速度，有刷直流电机还需配备编码器，这会增加初始成本，抵消了这种电机技术的一大主要优势。
无论选择哪种类型的有刷直流电机，所需的额外维护都会增加总体拥有成本。因此，当用于涉及分配等不要求频繁泵送的应用时，有刷直流电机可充分发挥其优势。
无刷直流 / BLDC 电机
不同于有刷直流电机，无刷直流电机没有用于承载设备供电电流的内部电刷。无刷直流电机几乎不存在磨损，且在整个使用寿命期间几乎不需要维护，这是迄今为止此类电机的最大优势。该电机的另外一个优势是，由于不含电刷，运行过程中产生的颗粒物非常少。因此，无刷直流电机可用于医疗设备以及其他对颗粒和碎屑敏感的类似应用。
最常见的故障发生在电机前部的齿轮箱。齿轮箱可降低电机速度，增加传递给泵的扭矩。随着时间的推移，齿轮会磨损。
如果组件不带电刷或换向片，无刷直流电机则需要配置驱动板，以进行必要的电子换向，从而保障正常运行。不幸的是，无刷直流电机的驱动板往往比有刷直流电机的驱动板更贵。这增加了无刷直流电机的初始成本。此外，须使用编码器才能实现严格的速度控制，这进一步增加了初始成本。
无刷直流电机的设计非常适合要求使用寿命长的应用或应用环境危险或难以到达的情况。对于这些应用，虽然无刷直流电机的初始拥有成本较高，但整个使用寿命期间的拥有成本最低，是可靠的选择。
步进电机
步进电机是一种无刷直流电机，但电机运动的控制方式不同。步进电机的运行原理是将每个完整的旋转拆分成同等的步数。基于发送至内部电磁铁的受控脉冲，步进电机可以旋转并保持在特定位置。无需编码器或类似的反馈机制。步进电机的其他优势包括使用寿命长、几乎没有磨损和维护以及启动扭矩高，此外总体成本通常介于有刷和无刷直流电机之间。
但是，应用过程中仍需考虑步进电机的一些重要限制。其中一个限制是随着速度的变化，电机可以传递的扭矩会发生变化。虽然初始扭矩很高，但高速下的可用扭矩却比初始扭矩低很多，这可能导致失速等旋转误差。
此外，步进电机运行中产生的一些重要有形影响也会限制其使用，包括噪音（发出高分贝“呜呜声”）、因整体效率低下而产生的热量（可能需要通风或其他冷却方法）以及机械振动。
虽然对于连续作业应用而言，步进电机并不是理想选择，但对于重复和快速分配应用，这类电机则是绝佳选择。它们无需定期维护，可承受重度使用，并可严格控制固有位置和速度。
罩极交流电动机
罩极交流电机是另一流行的电机选择，但适用客户和应用有限。在食品和饮料行业中，泵需连续运行，此外还需考虑初始成本和生命周期成本因素，罩极交流电机在这方面有着显著优势：
- 初始成本低
- 几乎无需维护，拥有成本低
- 使用寿命长（同无刷直流电机一样，通常仅受齿轮寿命限制）
- 采用交流电源
- 运行安静
- 无电磁干扰 (EMI)
罩极交流电机的限制也应纳入考虑。定速运行是这类电机的最大限制。罩极交流电机以单一速度运行，这一速度由设计的传动比决定。这类电机不能与编码器和其他反馈机制配套使用，因此无法维持适当的旋转速度，使用过程中可能会导致流量不准确和波动。
此外，罩极交流电机往往会产生大量热量，这种情况会因连续使用而加剧。通常须在设计中加入风扇以实现电机组件的实时冷却。罩极交流电机的动力不如其他类型电机那样强大。
根据其优点和局限性，罩极交流电机一般建议用于连续使用以及对流量的微小变化不那么敏感的应用。对于其他尤其是涉及分配的应用，最好选择其他电机类型。
总结
有关每种电机类型可视化的优点和局限性，请查看下表：
优 ------------------------->差
本文讨论的四种电机都有各自的优点和局限性，请务必综合考虑所有四种电机类型，以确保选出最适合您的应用的电机。