有刷直流電動機的基本原理當(dāng)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(dǎo)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(dǎo)致它繞軸旋轉(zhuǎn)。

　有刷直流電機由四個關(guān)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(dāng)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(yīng)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(dǎo)電銅套，在物理和電氣上分為多個部分。當(dāng)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(dǎo)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(fù)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)。控制電路需要知道電機的相對角位置，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(xué)編碼器或霍爾效應(yīng)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(yīng)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(guān)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(yīng)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(guān)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(dāng)兩個晶體管Q1和Q4導(dǎo)通時，電流從左到右流過電機（圖中標(biāo)記為BDC），使其旋轉(zhuǎn)。關(guān)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(fù)雜的驅(qū)動電路將總體成本保持在最低水平。