參考文獻
[1] 劉愛民, 倪元相. 電機與拖動技術[M]. 第二版. 大連:大連理工大學出版社, 2017.
[2] 王愛元. 控制電機及其應用[M]. 第一版. 上海:上海交通大學出版社, 2013.
[3] 史陳新. 通用機器人教育[M]. 第一版. 北京:北京理工大學, 2016.

1直流電機的組成結構

微型直流減速電機也被稱為馬達。

1.1有刷電機基本構成

有刷直流電機由定子和轉子兩大部分組成。直流電機運行時靜止不動的部分稱為定子，主要作用是產生磁場；運行時轉動的部分稱為轉子（或稱電樞），由轉軸、電樞鐵心、電樞繞組、換向器和風扇等組成，其主要作用是產生電磁轉矩和感應電動勢。

1.2無刷電機基本構成

無刷電機與有刷電機的最明顯的區別在于前者去掉了有刷電機用來交替變換電磁場的換向電刷。
無刷直流電機（驅動系統）主要由電動機本體、位置傳感器、電子開關線路三部分組成：

直流電源通過開關線路向電動機電子繞組供電，電動機轉子位置由位置傳感器檢測并提供信號去觸發開關線路中的功率開關元件使之導通或截止，從而控制電動機的轉動。

1.3有刷電機與無刷電機基本構成區別

無刷直流電動機的設計思想仍源自普通有刷直流電動機，但與后者相比，其定、轉子位置進行了互換。轉子上裝有永磁體，產生氣隙磁通；定子為電樞，結構與普通交流電動機相同，通常采用三相對稱繞組，與有刷直流電動機不同，無刷直流電動機的繞組時斷續通電的。原直流電動機的電刷和機械換向器被電子開關線路和轉子位置傳感器代替。

無刷電機兼具交流電動機和直流電動機的優點，性能優于有刷電機，并有取代后者的趨勢，適用于對控制精度和轉速有較高要求的設備。
對于無刷電機，輸入的直流電需要通過電子調速器或FOC驅動器變成三相交流電。

2工作原理

2.1有刷電機工作原理

電流通過轉子上的線圈產生安培力，當轉子上的線圈與磁場平行時，再繼續轉受到的磁場方向將改變，因此此時轉子末端的電刷跟轉換片交替接觸，從而線圈上的電流方向也改變，產生的洛倫茲力方向不變，所以電動機能保持一個方向轉動。

2.2無刷電機工作原理

有空再寫。

3直流電機的調速與正反轉控制

3.0有刷/無刷電機的調速控制與正反轉控制區別

無刷直流電機由電機主體和電調或FOC驅動器組成，換相的工作交由后者來完成。

有刷和無刷兩種電機的調速控制實質都是調壓，只是由于無刷直流采用了電子換向，所以要有數字控制才可以實現；而有刷直流電機通過電刷和換向器進行機械換向，模擬和數字控制都可以控制，比較簡單。有刷電機和無刷電機都可以通過PWM調速。

無刷直流電動機不能通過改變電源電壓的極性來實現正反轉控制，但其正反轉原理同有刷直流電動機，通常采用改變逆變器開關管的邏輯關系使各相電樞繞組導通順序發生變化來實現電動機的正反轉。對于微機控制的無刷直流電動機調速系統，功率管的導通信號跟隨位置信號的切換可通過軟件來實現。

3.1有刷電機調速裝置

PWM電機驅動電路

上圖為非常經典的L298N雙路直流電機驅動電路。這種類型的電機驅動電路的性價比高，通常用來驅動有刷直流電機。電調的電流容量遠大于驅動電路。
選購時應注意：

輸入電壓

驅動通道數

驅動電壓/電流

最大功率

主控芯片

3.2無刷電機調速裝置

電調

上圖為無刷電調。電調的輸入線與電池連接；電調的輸出線（有刷兩根、無刷三根）與電機連接；電調的信號線與接收機連接。

電調，全稱電子調速器（Electronic Speed Control，ESC），它根據控制信號調節電動機的轉速，一個電調配一個無刷電機。針對電機不同，可分為有刷電調（兩根輸出線）和無刷電調（三根輸出線）。電調并不能兼容所有電機，它必須根據電機的功率等參數來進行選擇。

電調內的單片機會通過PWM信號線接收啟動、停止、制動信號，以控制馬達的啟動、停止和制動；接收正反轉信號，用來控制逆變橋各功率管的通斷，使馬達產生連續轉矩；接收速度指令和速度反饋信號，用來控制和調整馬達轉速。

FOC驅動器

FOC（field-oriented control，磁場導向控制），又稱為矢量控制（vectorcontrol），是一種利用變頻器（VFD）控制三相交流馬達的技術，利用調整變頻器的輸出頻率、輸出電壓的大小及角度，來控制馬達的輸出。

FOC驅動器性能優于電調。

附錄 微型直流電機種類與采購事項注意

本小節所描述的直流電機分類并非以有刷/無刷，永磁/非永磁的標準對直流電機進行嚴格區分（因而把本節列入附錄） ，而是想直接用幾種學生時代常見的，但外觀完全不同的直流電機類型作為切入點進行講解。以下圖源均來自淘寶，并非對其產品進行宣傳。

馬達種類

類型一：玩具馬達

玩具中最常見的迷你馬達，價格便宜，總體性能薄弱，通常只適用于學習電機控制原理。

類型二：大扭矩直流電機

不論是體積還是性能都強于上者，因而應用于車輛和機器人控制，在價格和性能方面有很大的選擇余地，本文便是圍繞這一類型的電機進行講解的。

類型三：空心杯電機

被稱作空心杯電機，這是因為其結構上突破了傳統電機的轉子結構形式，采用無鐵芯轉子，由于其外形也叫空心杯型轉子。其內部如下圖所示：

常見于航模，體積和質量都是最小的，扭矩遠不如前者。

采購事項

關鍵技術參數

電壓：12V/24V

電流：分為空載電流和負載電流，單位為mA

輸出功率

轉矩（扭矩）：電機轉動的力量大小，單位為?kg.m?或N.m。轉矩是一種力矩。

轉速：分為空載轉速和負載轉速，單位為r/min或rpm

其他還有噪音、效率、發熱量、穩定性、耗電量。

電機選購時的注意點

選購直流電機組裝小車時應注意：

電機的尺寸：會影響底盤的高度（輪胎大小相同的情況下）和對底盤的占用面積

重量：影響車輛速度

軸的形狀&軸徑：用于選購對應輪胎

軸的位置：偏心軸還是中心軸

永磁/非永磁
采用永磁體作為定子的電機叫永磁電機，采用線圈（電磁鐵）作為定子的電機叫非永磁電機。前者各方面參數均明顯優于后者。

齒輪減速機
齒輪減速機是利用各級齒輪傳動來達到降速的目的，降速同時提高輸出轉矩，轉矩輸出比例按電機輸出乘減速比；同時降低了負載的慣量，慣量的減少為減速比的平方。

更新記錄

2021.9.25
題目變更，將“微型直流減速電機簡述與電調調速控制”修改為“微型直流減速電機簡述：無刷電機與有刷電機區別分析”；
大幅修改文章結構，并添加刪改了一部分內容。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的微型直流减速电机简述：无刷电机与有刷电机区别分析的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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