電機科普｜之直流有刷電機與無刷電機

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

本帖不講程序，只講電機原理與構造，因為我發現各種廠家的電機驅動板都會提供驅動程序demo，對于小白來講，雖然可以驅動，但是只知其然，不知其所以然，總覺得不爽呢。幾乎各個品牌都沒有電機原理與構造的講解，當然這不在他們的義務當中。我經過一段時間的網上學習與收集，在這分享各種常用電機的基本知識。

1.直流電機

上圖這種電機我想大家都見過，小時候經常玩的四驅車，就是這種，以前我叫它馬達，哈哈，完全沒有電機的概念，只知道給它通上電會轉。其實它是有刷直流電機。

??這種直流有刷電機的主要特點是可以快速連續旋轉。它被大量應用于驅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為130電機。

直流電機工作原理

直流電機里邊固定有環狀永磁體，電流通過轉子上的線圈產生安培力，當轉子上的線圈與磁場平行時，再繼續轉受到的磁場方向將改變，因此此時轉子末端的電刷跟轉換片交替接觸，從而線圈上的電流方向也改變，產生的洛倫茲力方向不變，所以電機能保持一個方向轉動。

??直流發電機的工作原理就是把電樞線圈中感應的交變電動勢，靠換向器配合電刷的換向作用，使之從電刷端引出時變為直流電動勢的原理。

??感應電動勢的方向按右手定則確定（磁感線指向手心，大拇指指向導體運動方向，其他四指的指向就是導體中感應電動勢的方向）。導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力矩，這個力矩在旋轉電機里稱為電磁轉矩，轉矩的方向是逆時針方向，企圖使電樞逆時針方向轉動。

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

有刷直流電機

有刷電機的主要結構就是定子+轉子+電刷，通過旋轉磁場獲得轉動力矩，從而輸出動能。電刷與換向器不斷接觸摩擦，在轉動中起到導電和換相作用。

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

??隨著電機轉動，不同時刻給不同線圈或同一個線圈的不同的兩極通電，使得線圈產生磁場的N-S極與最靠近的永磁鐵定子的N-S極有一個適合的角度差，磁場異性相吸、同性相斥，產生力量，推動電機轉動。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，會發生電火花，產生電磁破，干擾電子設備。

無刷直流電機

無刷電機中，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，更先進的技術是磁編碼器）來完成。

無刷電機采取電子換向，線圈不動，磁極旋轉。無刷電機，是使用一套電子設備，通過霍爾元件，感知永磁體磁極的位置，根據這種感知，使用電子線路，適時切換線圈中電流的方向，保證產生正確方向的磁力，來驅動電機。消除了有刷電機的缺點。


這些電路，就是電機控制器。無刷電機的控制器，還可以實現一些有刷電機不能實現的功能，比如調整電源切換角，制動電機，使電機反轉，鎖住電機，利用剎車信號，停止給電機供電。現在電瓶車的電子報警鎖，就充分利用了這些功能。


有刷直流電機與無刷直流電機的區別1.適用范圍

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

2.使用壽命
無刷電機：通常使用壽命在幾萬小時這個數量級，但是由于軸承的不同無刷電機使用壽命也有很大不同。

碳刷電機：通常有刷電機的連續工作壽命在幾百到1千多個小時，到達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：通常是數字變頻控制，可控性強，從每分鐘幾轉，到每分鐘幾萬轉都可以很容易實現。

碳刷電機：舊碳刷電機一般啟動以后工作轉速恒定，調速不是很容易，串激電機也能達到20000轉/分，但是使用壽命會比較短。

4.節能方面

相對而言，無刷電機采用變頻技術控制的會比串激電機節能很多，最典型的就是變頻空調和冰箱。

5.日后維修方面

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

直流減速電機
了解了直流電機原理和種類之后，開始學習直流減速的電機的驅動
直流減速電機相比較直流電機加了減速器。