有刷直流電動機的基本原理當然是將電能轉(zhuǎn)化為運動。它通過磁鐵之間的相互作用來實現(xiàn)這一點，其中之一通常是通過使電流流過鐵氧體磁芯周圍的電線來產(chǎn)生的。流過導線的電流產(chǎn)生第二磁場。這與主磁場相互作用，產(chǎn)生一個反向力，移動電機的一部分，通常導致它繞軸旋轉(zhuǎn)。

　有刷直流電機由四個關鍵部件組成；固定磁鐵（稱為定子）、轉(zhuǎn)子、換向器和電刷（見圖）。

　轉(zhuǎn)子由一個或多個繞組纏繞在由黑色金屬（通常是鐵）制成的磁芯上組成，并通過金屬電刷連接到電源。當通過轉(zhuǎn)子繞組發(fā)送電流時，產(chǎn)生的磁場與定子的磁場相互作用并產(chǎn)生轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)子的力。定子可以是永磁體或電磁體，具體取決于任何特定應用的要求。

　這一切都很好，但如果只使用普通電線將轉(zhuǎn)子繞組連接到電源，一旦轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動得足夠遠，它的磁力就會有效地反轉(zhuǎn)方向所以轉(zhuǎn)子只會來回移動，而不是旋轉(zhuǎn)一個方向。

　為了解決這個問題，使用換向器，換向器是圍繞轉(zhuǎn)子軸的導電銅套，在物理和電氣上分為多個部分。當換向器旋轉(zhuǎn)時，它通過電刷連接和斷開這些段，為不同的段對供電。這會導致電機每次旋轉(zhuǎn)180時磁場極性反轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)平穩(wěn)連續(xù)的旋轉(zhuǎn)。

　無刷直流電機替代解決方案：

　顧名思義，無刷直流電機沒有電刷。相反，它使用電子控制電路中的晶體管來為轉(zhuǎn)子的電線施加和移除電力，從直流電源產(chǎn)生交流電以在每個半周期反轉(zhuǎn)電流，從而實現(xiàn)連續(xù)旋轉(zhuǎn)。

　無刷直流電機通常比有刷電機更平穩(wěn)、更高效，具有更高的扭矩功率比，并提供更高的速度和更精確的控制。由于電刷或換向器沒有磨損，它們需要的維護更少，使用壽命更長。然而，無刷電機的主要缺點之一是成本：電機本身以及所需的更復雜的驅(qū)動電路。

　為提供連續(xù)運動，無刷電機的控制器會在電機每次旋轉(zhuǎn)180度或另一個固定量（例如三相電機的120度）時反轉(zhuǎn)電流的方向或相位。

　改變控制電壓可以使用模擬組件實現(xiàn)，或者使用FPGA或微控制器以數(shù)字方式實現(xiàn)?？刂齐娐沸枰离姍C的相對角位置，以便它可以在正確的時間激活正確的相位。這可以通過使用傳感器、光學編碼器或霍爾效應傳感器來實現(xiàn)，或者在沒有傳感器的情況下通過從磁場產(chǎn)生的反電動勢推斷旋轉(zhuǎn)角度來實現(xiàn)。在任何一種情況下，都經(jīng)常使用一體化電機驅(qū)動器，它將所需的功能集成到單個芯片中。

　有刷電機的驅(qū)動電路：

　如上所述，有刷電機不需要外部控制器，因為磁場極性的變化是通過電刷通過繞組接通和斷開電通路來實現(xiàn)的，從而實現(xiàn)單向連續(xù)旋轉(zhuǎn)。

　對于某些應用程序，這已經(jīng)足夠了。但是如果想要能夠改變電機的速度，或者反轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)方向，就需要一個驅(qū)動電路。這可以很簡單，只需反轉(zhuǎn)電流方向，使電機轉(zhuǎn)向另一方向即可。

　要改變速度，可以使用分壓器改變電壓速度與電壓成正比。然而，以這種方式降低電壓效率低下，因為分壓器不會降低總電流。為了克服這個問題，經(jīng)常使用脈沖寬度調(diào)制(PWM)，它涉及快速關閉和打開電流以降低電機兩端的平均電壓。

　讓看一個簡單的單向應用程序示例，例如玩具。為此，只需要一個晶體管和一個反激式二極管，它們提供了一條途徑來消散反電動勢，否則可能會造成損壞（見圖）。為了使速度可變，需要一個可以提供所需功率并可以通過控制信號打開和關閉的晶體管。

　如果需要改變電機的旋轉(zhuǎn)方向，可以使用H橋電路來實現(xiàn)，之所以這樣稱呼是因為它使用四個晶體管來控制電流（見圖）。當兩個晶體管Q1和Q4導通時，電流從左到右流過電機（圖中標記為BDC），使其旋轉(zhuǎn)。關閉Q1和Q4并打開Q2和Q3，會使電流從右向左流過電機，從而使其沿相反方向旋轉(zhuǎn)。圖中還表明，仍然需要為每個晶體管配備一個反激二極管，就像前面討論的單晶體管電路一樣。實際上，晶體管的體二極管提供了這種功能。

　有刷直流電機可能看起來不如無刷電機那么迷人，但它們提供可靠、經(jīng)過驗證的性能，需要不太復雜的驅(qū)動電路將總體成本保持在最低水平。