有刷直流电机的工作原理及控制电路

  微型有刷直流电机具有价格便宜、容易操控的特点应用在各个领域，如电动玩具、美容产品、个人护理产品、医疗器械等等大多用到的都是微型有刷直流电机。有刷直流电机的工作原理是怎样的呢？下面天孚微电机就来带大家来了解：微型直流电机（有刷）的工作原理。

首先我们来了解电机的结构，几乎所有的有刷直流电机组件都是一样的，定子+电刷+换向器如下图所示。

有刷直流电机

1.定子

定子能在转子的周围产生固定的磁场，磁场可以是永磁体或者电磁绕组产生，微型有刷直流电机的分类是由定子或者电磁绕组链接到电源的方式来区别。

2. 转子

转子是由一个或者多个绕组构成，当绕组受到激励时，就会产生磁场，转子磁场的磁极和定子的磁场磁极相反，互相吸引，从而使转子旋转。在旋转过种中，转子会按照不同的顺序持续激励绕组，因此转子产生的磁极绝不会与定子产生的磁极重叠，这个过种叫做换向。

3. 电刷与换向器

微型有刷直流电机与无刷微型电机不同，不需要控制器来切换绕组的电流方向，遥是直接通过换向器进行换向。在微型有刷直流电机的转轴上有安装一个分片式铜套，这个就是换向器，电机在运转过程中，电刷会沿着换向器滑动，和换向器不同分片接触。这些分片与不同的转子绕组连接，当电刷通电时就会在电机内部产生动态磁场。也是这种原因，导致微型有刷直流电机磨损较为严重，导致电机使用寿命无法太长，这也是微型有刷直流电机的缺陷所在。

直流电机

微型有刷直流电机的类型

1. 微型永磁体有刷直流电机

这种微型有刷直流电机是Z常见的有刷电机，采用永磁体产生磁场，微型电机通的永磁体比绕组定子具有更高的效益，不过永磁体的磁性会随着时间衰退（永磁体只是一个名字，并不是真正的永磁）。有的永磁体微型直流电机还会加上绕组，防止磁性丢失。由于定子磁场的恒定的，所以永磁体有刷直流电机对电压变化响应非常快（下图为永磁体直流电机原理图

）。

永磁体有刷直流电机

2. 并激有刷直流电机

微型电机的励磁线圈与电枢并联，励磁线圈中的电流与电枢中的电流相互独立（如图）。因此，这类电机具有卓越的速度控制能力，并激有刷直流电机不会出现磁性丢失的现象，因此比永磁体电机更加可靠。

并激直流电机

3. 串激有刷直流电机

即励磁线圈与电枢串联，定子和电枢中的电流均随负载的增加而增加，因此这类电机是大转矩应用的理想之选。但是对速度不能实现精确控制。

串激直流电机

4. 复激有刷直流电机

这种微电机是并激和串激电机的结合体，可产生串激和并激两种磁场。综合了并激和串激电机的性能，它具有大转矩与精准的速度控制优势。

复激直流电机

微型有刷直流电机基本驱动电路

驱动电路用在使用了某类控制器并且要求速度控制的应用中。驱动电路的目的是为控制器提供改变微型有刷直流电机中绕组电流的方法，就功耗来说，这样的速度控制方法在改变直流电机的速度方面比起传统的模拟控制方法效率要高很多。传统的模拟控制要求与电机绕组串联一个额外的变阻器，这样会降低效率。驱动直流电机的方法多种多样。有些应用场合仅要求电机往一个方向运转。如下图，向一个方向驱动直流电机的电路。前者采用低端驱动，后者采用高端驱动。使用低端驱动的优点是可以不必使用FET驱动器。

驱动电路

在每个电路中，直流电机的两端都跨接有一个二极管，目的是防止反电磁通量电压损坏晶体管。BEMF是在直流电机转动过程中产生的。 当MOSFET关断时，电机的绕组仍然处于通电状态，会产生反向电流。D1必须具有合适的额定值，以能够消耗这一电流。