什么是有刷电机？它是如何工作的？

有刷电机是内含电刷装置的将电能转换成机械能(电动机)或将机械能转换成电能(发电机)的旋转电机。有刷电机是所有电机的基础，它具有启动快、制动及时、可在大范围内平滑地调速、控制电路相对简单等特点。电机工作时，线圈和换向器旋转，磁钢和碳刷不转，线圈电流方向的交替变化是随电机转动的换向器和电刷来完成的。在电动车行业有刷电机分高速有刷电机和低速有刷电机。有刷电机和无刷电机有很多区别，从名字上可以看出有刷电机有碳刷，无刷电机没有碳刷。有刷电机有定子和转子两大部分组成，定子上有磁极(绕组式或永磁式)，转子有绕组，通电后，转子上也形成磁场(磁极)，定子和转子的磁极之间有一个夹角，在定转子磁场(N极和S极之间)的相互吸引下，使电机旋转。改变电刷的位置，就可以改变定转子磁极夹角(假设以定子的磁极为夹角起始边，转子的磁极为另一边，由转子的磁极指向定子的磁极的方向就是电机的旋转方向)的方向，从而改变电机的旋转方向。

一、有刷直流电机工作原理

下面这个是LearnEngineering制作的动画，讲解的是直流电机的工作原理，就是把电枢线圈中感应产生的交变电动势，靠换向器配合电刷的换向作用，使之从电刷端引出时变为直流电动势的原理。

直流有刷电机是大家最早接触的一类电机，中学时物理课堂上介绍电动机也是以它为模型来展示的。直流有刷电机的主要结构就是定子+转子+电刷，通过旋转磁场获得转动力矩，从而输出动能。电刷与换向器不断接触摩擦，在转动中起到导电和换相作用。

具体我们从动图就能很好理解，在磁场中放置线圈，通过流动的电流，线圈会被一侧的磁极排斥，同时被另一侧磁极所吸引，在这种作用下不断旋转。在旋转过程中令通向线圈中的电流反向流动，使其持续旋转。电机中有个叫"换向器"的部分是靠"电刷"供电的，"电刷"的位置在"转向器"上方，随着旋转不断移动。通过改变电刷的位置，可使电流方向发生变化。换向器和电刷是DC电机的旋转所不可或缺的结构。

直流有刷电机是所有电机的基础，它具有启动快、制动及时、可在大范围内平滑地调速、控制电路相对简单等特点。

二、无刷直流电机工作原理

简单的说一下无刷电机(BLDC电机)。

LearnEngineering制作的动画，讲解了无刷直流电动机的工作原理。无刷直流电机主要由用永磁材料制造的转子、带有线圈绕组的定子和位置传感器(可有可无)组成!

无刷直流电机由电动机主体和驱动器组成，是一种典型的机电一体化产品。由于无刷直流电动机是以自控式运行的，所以不会像变频调速下重载启动的同步电机那样在转子上另加启动绕组，也不会在负载突变时产生振荡和失步。

无刷就是有刷电机中的“电刷”没有了，电刷在有刷电机里扮演的角色是通过换向器向转子里的线圈通电。那么没有电刷的电机是如何向转子里的线圈通电的呢?

原来无刷电机采用永磁体来做转子，转子里是没有线圈的。由于转子里没有线圈，所以不需要用于通电的换向器和电刷。取而代之的是作为定子的线圈。

无刷电机的起源从头来讲也是比较简单的：大部分有刷直流电机的问题都来自于电刷。电刷可能打火花、磨损、产生很强的噪音并产生很大一部分功耗，导致速度被严重限制，且不容易冷却。

这意味着您不能在任何易燃周围、需要长使用寿命、静音或高效率的应用条件下、在任何高速或高功耗系统中使用有刷直流电机。这都是电刷显著的缺点，取消电刷就可以解决这些问题，但是不好的地方是同时消除了机械换向。

有刷直流电机结构

缺乏机械换向会造成其它问题，因为电机需要换向。无刷电机使用电气换向，这种换向方式下，您需要确保电机中的电流始终产生一个可以移动转子的磁场。但是看看下图，需要先知道转子在哪里，才能考虑如何施加电流来移动转子。

一、有刷马达的原理

有刷马达选用机械卸荷，磁力线不动，导线旋转。马达工作时，导线和卸荷器旋转，磁铁和电刷不转，导线电压方向的交替变化是随马达晃动的换相器和电枢来完成的。

在有刷马达中，这个过程是将各组导线的两个电源键入端，依次排成一个环，互相之间用绝缘材料分隔，组成一个象圆锥体的东西，与马达轴连成一体，电源通过两个碳元素弄成的小木柱(电刷)，在弹簧压力的作用下，从两个特定的固定位置，压在底下导线电源键入环型圆锥上的两点，给一组导线通电。

随着马达摇动无刷电机是什么意思，不同时刻给不同导线或同一个绕组的不同的两极通电，并且导线形成磁场的N-S极与最紧靠的永磁石转子的N-S极有一个适宜的视角差，磁场异性相吸、同性相斥，形成力量，促使马达摇动。碳负极在导线接线头上滑动，象毛刷在质点表面刷，所以叫碳“刷”。

互相滑动，会磨擦电刷，致使耗损，还要定期更换电刷;电刷与导线接线头之间通断交替，会发生电火花，形成电磁破，干扰电子设备。

二、无刷马达工作原理

无刷马达采取电子卸荷，导线不动，磁力线旋转。无刷马达，是使用一套电子设备，通过霍尔器件，感知永磁体磁体的位置，依据这些感知，使用电子线路，适时切换导线中电流的方向，保证形成正确方向的磁力，来驱动马达。清除了有刷马达的劣势。

这种电路，就是马达控制器。无刷马达的控制器，还可以实现一些有刷马达不能实现的功能，例如调整电源切换角，刹车马达，使马达反转，封住马达，运用制动讯号，停止给马达电业。目前电池车的电子报案锁，就充分运用了这种功能。

无刷直流马达由电动机主体和驱动器组成，是一种典型的电气一体化产品。因为无刷直流电动机是以自控式运行的，因此不会象变频调速下重载启动的同步马达这样在定子上另加启动线圈，也不会在负载突变时形成震荡和失步。

三、调速手段的差别

实际上两种马达的控制都是调压，也是因为无刷直流选用了电子卸荷，因此要有数字控制才可以实现了，而有刷直流是通过电刷卸荷的，运用可控硅等传统模拟电路都可以控制，比较简略。

1、有刷电机调速过程是调整电机电业电源电流的高低。调整后的电流电压通过移相子及电枢地转化，改变负极形成的磁场优劣，达到改变扭矩的目的。这一过程被称之为变压调速。

2、无刷电机调速过程是电机的电业电源的电流不变，改变电调的控制讯号，通过微处理器再改变大功率MOS管的继电器速度，来实现扭矩的改变。这一过程被称之为变频调速。

四、性能差距

1、有刷马达结构简略、开发时间久、技术成熟

早在十九纪诞生马达的时侯，形成的实用性马达就是无刷方式，即交流鼠笼式异步电动机，这些电动机在交流电形成之后得到了广泛的应用。虽然，异步电动机有许多难以摆脱的缺陷，致使马达技术发展平缓。尤其是直流无刷马达仍然未能投入商业营运，伴随着电子技术的日新月异，直到近几年才逐渐投入商业营运，就其实质来说仍然属于交流马达范畴。

无刷马达诞生不久，人们就发明了直流有刷马达。因为直流有刷马达机构简略，生产加工容易，修理便于，容易控制;直流马达还具备响应迅速、较大的起动力矩、从零车速至额定车速具有可提供额定力矩的功耗，因此一经问世就得到了广泛应用。

2、直流有刷马达响应速率快，起动转矩大

直流有刷马达起动响应速率快，起动转矩大，变速平缓，速率从零到最大几乎觉得不到震动，起动时可推动更大的负荷。无刷马达起动电感大(感抗)，因此功率诱因小，起动转矩相对较小无刷电机是什么意思，起动时有嗡嗡声，并伴随着强烈振动，起动时推动负荷较小。

3、直流有刷马达运行平缓，起、制动疗效好

有刷马达是通过调压调速，因此起动和煞车平缓，恒速运行时也平缓。无刷马达一般是数字变频控制，先将交流弄成直流，直流再弄成交流，通过速率变化控制车速，因此无刷马达在起动和煞车时运行不平缓，震动大，只有在速率恒定时就会平缓。

4、直流有刷马达控制精度高

直流有刷马达一般和减速箱、译码器一起使用，使的马达的输出功率更大，控制精度更高，控制精度可以达到0.01毫米，几乎可以让运动部件停在任何想要的地方。所有精密磨床都是选用直流马达控制精度。无刷马达因为在启动和刹车时不平缓，因此运动部件每天就会停到不同的位置上，应当通过定位销或限位器才可以停在想要的位置上。

5、直流有刷马达使用费用低，修理便于。因为直流有刷马达结构简略，生产费用低，生产厂商多，技术比较成熟，因此应用也比较广泛，例如车间、加工车床、精密仪器等，假如马达故障，只需更换电刷即可，每位电刷只须要几元，十分实惠。无刷马达技术不成熟，售价较高，应用范围有限，主要应在恒速设备上，例如变频冰箱、冰箱等，无刷马达毁坏只好更换。

6、无碳刷、低干扰

无刷马达去不仅变流器，最直接的变化就是没有了有刷马达运转时形成的电火花，那样就极大提高了电火花对遥控无线电设备的干扰。

7、噪音低，运转顺畅

无刷马达没有了导轮，运转时磨擦力大大减低，运行顺畅，噪声会低许多，这个特点对于模型运行稳定性是一个很大的支持。

8、寿命长，低维护费用

少了导轮，无刷马达的磨蚀主要是在轴套上了，从机械视角看，无刷马达几乎是一种免维护的电动机了，必要的时侯，只需做一些除尘维护即可。