有刷直流電機的工作原理及控制電路

  微型有刷直流電機具有價格便宜、容易操控的特點應用在各個領域，如電動玩具、美容產品、個人護理產品、醫療器械等等大多用到的都是微型有刷直流電機。有刷直流電機的工作原理是怎樣的呢？下面天孚微電機就來帶大家來了解：微型直流電機（有刷）的工作原理。

首先我們來了解電機的結構，幾乎所有的有刷直流電機組件都是一樣的，定子+電刷+換向器如下圖所示。

有刷直流電機

1.定子

定子能在轉子的周圍產生固定的磁場，磁場可以是永磁體或者電磁繞組產生，微型有刷直流電機的分類是由定子或者電磁繞組鏈接到電源的方式來區別。

2. 轉子

轉子是由一個或者多個繞組構成，當繞組受到激勵時，就會產生磁場，轉子磁場的磁極和定子的磁場磁極相反，互相吸引，從而使轉子旋轉。在旋轉過種中，轉子會按照不同的順序持續激勵繞組，因此轉子產生的磁極絕不會與定子產生的磁極重疊，這個過種叫做換向。

3. 電刷與換向器

微型有刷直流電機與無刷微型電機不同，不需要控制器來切換繞組的電流方向，遙是直接通過換向器進行換向。在微型有刷直流電機的轉軸上有安裝一個分片式銅套，這個就是換向器，電機在運轉過程中，電刷會沿著換向器滑動，和換向器不同分片接觸。這些分片與不同的轉子繞組連接，當電刷通電時就會在電機內部產生動態磁場。也是這種原因，導致微型有刷直流電機磨損較為嚴重，導致電機使用壽命無法太長，這也是微型有刷直流電機的缺陷所在。

直流電機

微型有刷直流電機的類型

1. 微型永磁體有刷直流電機

這種微型有刷直流電機是Z常見的有刷電機，采用永磁體產生磁場，微型電機通的永磁體比繞組定子具有更高的效益，不過永磁體的磁性會隨著時間衰退（永磁體只是一個名字，并不是真正的永磁）。有的永磁體微型直流電機還會加上繞組，防止磁性丟失。由于定子磁場的恒定的，所以永磁體有刷直流電機對電壓變化響應非?？欤ㄏ聢D為永磁體直流電機原理圖

）。

永磁體有刷直流電機

2. 并激有刷直流電機

微型電機的勵磁線圈與電樞并聯，勵磁線圈中的電流與電樞中的電流相互獨立（如圖）。因此，這類電機具有卓越的速度控制能力，并激有刷直流電機不會出現磁性丟失的現象，因此比永磁體電機更加可靠。

并激直流電機

3. 串激有刷直流電機

即勵磁線圈與電樞串聯，定子和電樞中的電流均隨負載的增加而增加，因此這類電機是大轉矩應用的理想之選。但是對速度不能實現精確控制。

串激直流電機

4. 復激有刷直流電機

這種微電機是并激和串激電機的結合體，可產生串激和并激兩種磁場。綜合了并激和串激電機的性能，它具有大轉矩與精準的速度控制優勢。

復激直流電機

微型有刷直流電機基本驅動電路

驅動電路用在使用了某類控制器并且要求速度控制的應用中。驅動電路的目的是為控制器提供改變微型有刷直流電機中繞組電流的方法，就功耗來說，這樣的速度控制方法在改變直流電機的速度方面比起傳統的模擬控制方法效率要高很多。傳統的模擬控制要求與電機繞組串聯一個額外的變阻器，這樣會降低效率。驅動直流電機的方法多種多樣。有些應用場合僅要求電機往一個方向運轉。如下圖，向一個方向驅動直流電機的電路。前者采用低端驅動，后者采用高端驅動。使用低端驅動的優點是可以不必使用FET驅動器。

驅動電路

在每個電路中，直流電機的兩端都跨接有一個二極管，目的是防止反電磁通量電壓損壞晶體管。BEMF是在直流電機轉動過程中產生的。 當MOSFET關斷時，電機的繞組仍然處于通電狀態，會產生反向電流。D1必須具有合適的額定值，以能夠消耗這一電流。