直流電機(jī)的廣闊世界分為兩個(gè)基本類別：有刷和無刷。打個(gè)比方，有刷電機(jī)“永遠(yuǎn)”存在，雖然數(shù)十億臺(tái)此類電機(jī)的使用證明它可以正常工作，但它有許多眾所周知的缺點(diǎn)。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(jī)開始流行。這主要?dú)w功于兩項(xiàng)發(fā)展：高能、永磁體和低成本、有效的功率開關(guān)器件（即金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)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(jī)似乎被降級(jí)到高性能和可靠性不是優(yōu)先考慮的低端應(yīng)用。即使是數(shù)百馬力范圍內(nèi)的較大有刷電機(jī)也過渡到真正的無刷設(shè)計(jì)或可變交流驅(qū)動(dòng)器（無刷的近親），而較小的電機(jī)同樣經(jīng)常過渡到步進(jìn)電機(jī)方法，這是無刷電機(jī)的另一個(gè)親戚。在某些時(shí)候，有刷電機(jī)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(yīng)用程序。

因此，當(dāng)一個(gè)新產(chǎn)品需要直流電機(jī)時(shí)，現(xiàn)在的趨勢是想到無刷，對(duì)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(shè)計(jì)電機(jī)以優(yōu)化家用和流動(dòng)輸液泵”的引人入勝的案例研究文章讓我明白了這一點(diǎn)，其中 Portescap 的一名工程師執(zhí)行電機(jī)-輸液泵選型分析。這種泵（包括電機(jī)、齒輪和泵機(jī)構(gòu)）必須小巧、高效、安靜且可靠，因?yàn)樗挥谟脩舾浇臈U子上或由患者攜帶。

作者分析了為什么有刷電機(jī)是這種情況下的最佳選擇，但他也承認(rèn)它與無刷電機(jī)相比存在相對(duì)的缺點(diǎn)。首先，當(dāng)然，他定義了組件必須達(dá)到的流量規(guī)格，這轉(zhuǎn)化為電機(jī)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(jìn)電機(jī)的特性。他還討論了不同電機(jī)類型所需的泵機(jī)構(gòu)的不同傳動(dòng)裝置，這是電機(jī)選擇過程中的一個(gè)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(gè)設(shè)計(jì)選擇都是在它們之間的依賴關(guān)系的背景下做出的權(quán)衡。這是一個(gè)經(jīng)常在設(shè)計(jì)審查或討論中被掩蓋的工程現(xiàn)實(shí)，但它是工程過程的本質(zhì)。

這樣的文章可以教會(huì)新老設(shè)計(jì)師在特定情況下關(guān)注的不僅僅是將選項(xiàng)選擇與特定案例中的設(shè)計(jì)優(yōu)先級(jí)相匹配。它還可以澄清在決定優(yōu)先級(jí)、它們的權(quán)重以及它們的技術(shù)和美元成本時(shí)，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(jìn)電機(jī)在所需的速度和扭矩水平下存在與傳動(dòng)裝置和效率相關(guān)的問題，這使得它們成為不太理想的選擇，即使有刷電機(jī)在更長的使用壽命方面表現(xiàn)出一些弱點(diǎn)。

無論是就電機(jī)還是其他關(guān)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(shí)地審視參數(shù)和性能之間的數(shù)字、權(quán)衡、關(guān)系和妥協(xié)，就像輸液泵應(yīng)用的案例研究一樣。

審核編輯黃昊宇