電機(jī)科普｜之直流有刷電機(jī)與無刷電機(jī)

常用的直流電機(jī)有有刷直流電機(jī)，無刷直流電機(jī)，直流減速電機(jī)，直流伺服電機(jī)（也稱舵機(jī)），步進(jìn)電機(jī)。

本帖不講程序，只講電機(jī)原理與構(gòu)造，因?yàn)槲野l(fā)現(xiàn)各種廠家的電機(jī)驅(qū)動板都會提供驅(qū)動程序demo，對于小白來講，雖然可以驅(qū)動，但是只知其然，不知其所以然，總覺得不爽呢。幾乎各個(gè)品牌都沒有電機(jī)原理與構(gòu)造的講解，當(dāng)然這不在他們的義務(wù)當(dāng)中。我經(jīng)過一段時(shí)間的網(wǎng)上學(xué)習(xí)與收集，在這分享各種常用電機(jī)的基本知識。

1.直流電機(jī)

上圖這種電機(jī)我想大家都見過，小時(shí)候經(jīng)常玩的四驅(qū)車，就是這種，以前我叫它馬達(dá)，哈哈，完全沒有電機(jī)的概念，只知道給它通上電會轉(zhuǎn)。其實(shí)它是有刷直流電機(jī)。

??這種直流有刷電機(jī)的主要特點(diǎn)是可以快速連續(xù)旋轉(zhuǎn)。它被大量應(yīng)用于驅(qū)動遙控模型車的車輪。最常見的型號有130，因此很多朋友也會稱呼這種電機(jī)為130電機(jī)。

直流電機(jī)工作原理

直流電機(jī)里邊固定有環(huán)狀永磁體，電流通過轉(zhuǎn)子上的線圈產(chǎn)生安培力，當(dāng)轉(zhuǎn)子上的線圈與磁場平行時(shí)，再繼續(xù)轉(zhuǎn)受到的磁場方向?qū)⒏淖儯虼舜藭r(shí)轉(zhuǎn)子末端的電刷跟轉(zhuǎn)換片交替接觸，從而線圈上的電流方向也改變，產(chǎn)生的洛倫茲力方向不變，所以電機(jī)能保持一個(gè)方向轉(zhuǎn)動。

??直流發(fā)電機(jī)的工作原理就是把電樞線圈中感應(yīng)的交變電動勢，靠換向器配合電刷的換向作用，使之從電刷端引出時(shí)變?yōu)橹绷麟妱觿莸脑怼?br/>
??感應(yīng)電動勢的方向按右手定則確定（磁感線指向手心，大拇指指向?qū)w運(yùn)動方向，其他四指的指向就是導(dǎo)體中感應(yīng)電動勢的方向）。導(dǎo)體受力的方向用左手定則確定。

??這一對電磁力形成了作用于電樞一個(gè)力矩，這個(gè)力矩在旋轉(zhuǎn)電機(jī)里稱為電磁轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)矩的方向是逆時(shí)針方向，企圖使電樞逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動。

??如果此電磁轉(zhuǎn)矩能夠克服電樞上的阻轉(zhuǎn)矩（例如由摩擦引起的阻轉(zhuǎn)矩以及其它負(fù)載轉(zhuǎn)矩），電樞就能按逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)起來。

有刷直流電機(jī)

有刷電機(jī)的主要結(jié)構(gòu)就是定子+轉(zhuǎn)子+電刷，通過旋轉(zhuǎn)磁場獲得轉(zhuǎn)動力矩，從而輸出動能。電刷與換向器不斷接觸摩擦，在轉(zhuǎn)動中起到導(dǎo)電和換相作用。

有刷電機(jī)采用機(jī)械換向，磁極不動，線圈旋轉(zhuǎn)。電機(jī)工作時(shí)，線圈和換向器旋轉(zhuǎn)，磁鋼和碳刷不轉(zhuǎn)，線圈電流方向的交替變化是隨電機(jī)轉(zhuǎn)動的換相器和電刷來完成的。

??隨著電機(jī)轉(zhuǎn)動，不同時(shí)刻給不同線圈或同一個(gè)線圈的不同的兩極通電，使得線圈產(chǎn)生磁場的N-S極與最靠近的永磁鐵定子的N-S極有一個(gè)適合的角度差，磁場異性相吸、同性相斥，產(chǎn)生力量，推動電機(jī)轉(zhuǎn)動。碳電極在線圈接線頭上滑動，象刷子在物體表面刷，因此叫碳“刷”。

相互滑動，會摩擦碳刷，造成損耗，需要定期更換碳刷；碳刷與線圈接線頭之間通斷交替，會發(fā)生電火花，產(chǎn)生電磁破，干擾電子設(shè)備。

無刷直流電機(jī)

無刷電機(jī)中，換相的工作交由控制器中的控制電路（一般為霍爾傳感器+控制器，更先進(jìn)的技術(shù)是磁編碼器）來完成。

無刷電機(jī)采取電子換向，線圈不動，磁極旋轉(zhuǎn)。無刷電機(jī)，是使用一套電子設(shè)備，通過霍爾元件，感知永磁體磁極的位置，根據(jù)這種感知，使用電子線路，適時(shí)切換線圈中電流的方向，保證產(chǎn)生正確方向的磁力，來驅(qū)動電機(jī)。消除了有刷電機(jī)的缺點(diǎn)。


這些電路，就是電機(jī)控制器。無刷電機(jī)的控制器，還可以實(shí)現(xiàn)一些有刷電機(jī)不能實(shí)現(xiàn)的功能，比如調(diào)整電源切換角，制動電機(jī)，使電機(jī)反轉(zhuǎn)，鎖住電機(jī)，利用剎車信號，停止給電機(jī)供電。現(xiàn)在電瓶車的電子報(bào)警鎖，就充分利用了這些功能。


有刷直流電機(jī)與無刷直流電機(jī)的區(qū)別1.適用范圍

無刷電機(jī)：通常被使用在控制要求比較高，轉(zhuǎn)速比較高的設(shè)備上，如航模，精密儀器儀表等對電機(jī)轉(zhuǎn)速控制嚴(yán)格，轉(zhuǎn)速達(dá)到很高的設(shè)備上。
碳刷電機(jī)：通常動力設(shè)備使用的都是有刷電機(jī)，如吹風(fēng)機(jī)、工廠的電動機(jī)、家用的抽油煙機(jī)等等，另外串激電機(jī)的轉(zhuǎn)速也能達(dá)到很高，但是由于碳刷的磨損，使用壽命不如無刷電機(jī)。

2.使用壽命
無刷電機(jī)：通常使用壽命在幾萬小時(shí)這個(gè)數(shù)量級，但是由于軸承的不同無刷電機(jī)使用壽命也有很大不同。

碳刷電機(jī)：通常有刷電機(jī)的連續(xù)工作壽命在幾百到1千多個(gè)小時(shí)，到達(dá)使用極限就需要更換碳刷，不然很容易造成軸承的磨損。

3.使用效果

無刷電機(jī)：通常是數(shù)字變頻控制，可控性強(qiáng)，從每分鐘幾轉(zhuǎn)，到每分鐘幾萬轉(zhuǎn)都可以很容易實(shí)現(xiàn)。

碳刷電機(jī)：舊碳刷電機(jī)一般啟動以后工作轉(zhuǎn)速恒定，調(diào)速不是很容易，串激電機(jī)也能達(dá)到20000轉(zhuǎn)/分，但是使用壽命會比較短。

4.節(jié)能方面

相對而言，無刷電機(jī)采用變頻技術(shù)控制的會比串激電機(jī)節(jié)能很多，最典型的就是變頻空調(diào)和冰箱。

5.日后維修方面

碳刷電機(jī)需要更換碳刷，如果更換不及時(shí)會造成電機(jī)的損壞，而無刷電機(jī)，使用壽命很長，通常是有刷電機(jī)的10倍以上，但是壞了就需要更換電機(jī)，但日常維護(hù)基本不需要。

直流減速電機(jī)
了解了直流電機(jī)原理和種類之后，開始學(xué)習(xí)直流減速的電機(jī)的驅(qū)動
直流減速電機(jī)相比較直流電機(jī)加了減速器。