电机基础知识1--------直流有刷与无刷电机

 一、直流有刷电机

直流电机又分有刷和无刷的，首先先说一下直流有刷电机（Brushed DC Motor，BDC)是内含电刷装置的直流电转为机械能的电机。先来看一下它的内部结构

它由电刷（俗称碳刷，一般由石墨烯组成），这也是为什么叫有刷的原因。再说直流有刷电机之前先来说一下高中的物理知识。

左手定则：
判断通电导线处于磁场中时，所受安培力 F (或运动)的方向、磁感应强度B的方向以及通电导体棒的电流I三者方向之间的关系的定律
判断安培力：导线在磁场中力的方向。

根据左手定则：伸开左手，使拇指与其他四指垂直且在一个平面内，让磁感线从手心流入，四指指向电流方向，大拇指指向的就是安培力方向（即导体受力方向）。

判断洛伦磁力：将左手掌摊平，让磁感线穿过手掌心，四指表示电流方向，则和四指垂直的大拇指所指方向即为洛伦兹力的方向。注意，运动电荷是正的，大拇指的指向即为洛伦兹力的方向。反之，如果运动电荷是负的，仍用四指表示电荷运动方向，那么大拇指的指向的反方向为洛伦兹力方向。

右手螺旋定则(安培定则)：
通电直导线中的安培定则（安培定则一）：用右手握住通电直导线，让大拇指指向直导线中电流方向，那么四指指向就是通电导线周围磁场的方向；
通电螺线管中的安培定则（安培定则二）：用右手握住通电螺线管，让四指指向电流的方向，那么大拇指所指的那一端是通电螺线管的N极。

 那么明白这个定理之后，接下来把左手定则放在通电线圈中。

1. 图1的磁场从右到左边，电流从A流向B，根据左手定则让N极流过左手手心，拇指即为安培力，左边向上，右边向下
2. 图2是当线圈转到最中间，由于安培力的惯性定理，线圈会继续往顺时针方向转动。换向器的C端将与B端接触，D端将与A端接触
3. 图3与图1的原理相同
4. 图4与图2的原理相同

 但是这样会产生一些缺点，常见的比如：

1. 由于电刷与换向器经常摩擦，所以极易产生电火花，碳刷就会被磨损，久而久之，就要更换碳刷。带来使用的不便和生产成本的增加
2. 直流有刷电机的转速会受到限制，当电流与电压是恒定的时候（前提是磁通量一定），它的转速不在发生变化。

二、直流无刷电机

 直流无刷电机，英文名称为BLDC(Brushless Direct Current Motor)。顾名思义，就是没有碳刷和换向器的电机。

简单地来说，在无刷直流电机里面转子是磁铁，而定子是导磁性材料制成。而有刷电机则恰好相反，转子是导电线圈，定子是磁铁。无刷电机以电子换向器（通电产生磁场的方式）取代了机械换向器（指的是碳刷）。

	直流有刷电机	直流无刷电机
优点	价格便宜、控制简单，启动快，制动平稳	使用寿命长，转速快
缺点	使用寿命短，经常需要更换碳刷，转速不高，噪声大	操作复杂，价格贵

1、直流无刷电机的分类

按方波驱动分：外转子式BLDC和内转子式BLDC

按正弦波驱动：永磁同步电机（PMSM,英文全称 ：Permanent-magnet Synchronous Motor ）。

不同点	反电动势	运行电流	绕组方式	控制方式	运行方式
BLDC	具有梯形反电动势	梯形波电流	定子绕组为集中绕组，永磁转子形成方波磁场	简单控制算法	绕组两两导通
PMSM	具有正弦波反电动势	正弦波电流	定子绕组为短距分布绕组，永磁转子形成正弦磁场	FOC	绕组三相全部导通

 2，无刷电机工作原理

在无刷电机中，换相工作一般交由控制器完成（换相指的是换电极也就是换定子的通电位置，一般由霍尔传感器+控制器，或者其他编码器完成）

 无刷电机通过不断改变A极、B极、C极的过程来达到磁体旋转进而带动电机转动。

下面是无刷电机过程的分解图：

1.  A极接+、B极接-，C极不接电，那么A极左端是N，B极的最右边是N。这是图1的解释
2. C极接+、B极接-、A极不接电，那么C极最右端是N，B极的最右边是N。此时磁铁会向右转，这是图2的解释。
3. C极接+、A极接-，B极不接电，那么A极最右端是N，C极最右端是N。此时磁铁会转向吐的位置，这是图3的解释。以此类推。