阅读引言： 最近在备赛， 自己之前虽然用过电机， 但是发现在一些高要求的应用场景， 发现自己对电机的知识理解得不是很透彻， 所以写下这篇文章。
目录
一、 有刷电机内部原理
二、有刷电机一些关键参数
三、无刷电机内部原理
四、无刷电机一些关键参数
五、 电机的一些专业名词
六、 有刷电机和无刷电机比较
无刷电机图片：
有刷电机图片：
一、 有刷电机内部原理
在学习有刷电机工作原理之前， 我们需要先了解一些其它一些基础知识， 如电路知识， 磁场的知识。
电路(Circuit)基础知识:
看上述一副最简单的原理图， 电池提供电流， 依靠开关的通断点亮灯泡， 将电池的极性反转， 灯泡也能正常点亮， 对电机来说， 旋转的方向会发生变化， 原理后面会说。
磁场基础知识：
同性相斥， 异性相吸， 这就是电机旋转力的来源，看下面这张图， 固定住左边的磁铁， 将右边的磁铁不停的将N级和S级换方向， 这样是不是左边固定住的磁铁就能一直保持旋转了。
上述的磁体是永磁体， 也就是它周围的磁场是一直存在的， 上述描述的让固定的磁铁旋转的办法是一直改变右边磁铁的方向， 这个时候其实就会发现这种办法异常的愚蠢。下面使用电路的方式实现NS级的磁性不停改变。
根据法拉第定律， 给一个金属线圈通上电流之后就会产生磁场， 磁场的方向使用右手螺旋定则来确定。如上图， 是不是只需要不断的改变电流的方向， 这样这个电磁铁的NS级就会不断的变化极性。当开关断开的时候， 电磁铁的磁性消失， 这个就是永磁铁无法做到的。
上图中需要不断的改变电流的方向， 第一个反应是不是认为的将电池的正负极颠倒过来， 原理是正确的， 下面将介绍一个神奇的装置， 他就是专门来实现不断改变电流的方向的。
电枢： 一个对称的金属圆环， 当左右两边的电刷接触到中间缝隙的时候， 就能自动实现电流方向的改变。但是上面的这种结构会有一个问题， 就是电机在旋转的时候不对称。
终极结构：
上图中增加了很多的线圈， 也就是多了很多的换向缝隙， 当电流流过不同的线圈的时候， 对应的那个平板磁场就能旋转。
二、有刷电机一些关键参数
直流电机的关键参数主要包括额定电压、额定转速、额定转矩、额定电流、效率、电机电阻和电感以及转矩和转速常数等。详细介绍如下：
- 额定电压(V)：指电机在正常工作状态下能够持续承受的电压值，标准电压有助于确保电机安全有效地运作。
- 额定转速(rpm)：即在额定工作条件下，电机的旋转速度。不同的电机设计有不同的额定转速，这通常取决于其用途和设计特点。
- 额定转矩(N·m)：电机在额定工作条件下能够输出的扭矩值，反映了电机的力矩输出能力。
- 额定电流(A)：指流过电机的电流在标称条件下不应超过的值，这个参数决定了电机在长期运行时能够承担的电流负载。
- 效率(%)：反映电机转换能量的效率，即输入电能与输出机械能之间的比值。
- 电机电阻(Ω)：影响电机发热和功耗的重要参数，与电机绕组的材料有关。
- 电机电感(H)：影响电机动态特性的一个因素，包括启动性能和运行稳定性。
- 转矩常数(N·m/A 或 N·m/V)：表示单位电流或电压下电机产生的转矩大小。
- 转速常数(rpm/V 或 rpm/A)：代表在特定电压或电流下电机的旋转速度。
- 最大转速(rpm)：电机所能达到的最高转速，某些应用场合需要较宽的调速范围。
- 最大绕组温度(℃)：指电机在最恶劣工况下的绕组温度限值，超过此温度可能会损坏电机绝缘。
以上这些参数对于选择和使用直流电机至关重要，它们不仅决定了电机的工作性能，还对电机的寿命和可靠性有显著影响。在实际应用中，需要根据具体要求选择合适的电机型号，以确保电机能够在最佳状态下工作。
三、无刷电机内部原理
上图为无刷电机的基本模型示意，电机内部有三个线圈，每个线圈的一端都连接起来，另外一端引出到外部，中间有一个具有N/S两极的永磁铁内转子。如果我们按照一定的顺序给电机通电，转子就可以旋转起来。我们举例几种给电的情况来进行简单分析和模拟：
所以这里大家需要现有一个概念， 无刷电机没有电刷， 定子和转子的位置如下：
先说一下为什么需要引入无刷电机， 有刷电机因为换向需要电刷， 磨损大， 噪音大。图中的1， 2， 3分别对应的就是原理图中的ABC三相， 从电调就可以看出
这里的ABC就是位于无刷电机内部的三个线圈罢了。
无刷电机的转子位于外侧， 外侧上面固定了两个永磁铁， 这个时候我们改变123三个线圈的电流， 实现相互吸引和排斥， 就能使外侧的转子不停的旋转起来。
上面这张图表示的是给两个不同的线圈通电， 一个在前面吸引， 一个在后面排斥， 就能是电机有更高的效率， 左边的图会很形象。
那电机是如何直到啥时候给123(ABC)三个线圈通电断电的呢， 这个时候有可以将电机分为有感和无感电机。
有感电机： 通过一些霍尔传感器， 检测转子上面的永磁铁的位置， 就能实现判断定子上的永磁铁的位置来给123(abc)三个线圈通电断电了。
四、无刷电机一些关键参数
无刷电机的关键参数主要包括扭矩、转速和功率。具体介绍如下：
- 扭矩：扭矩是指电机转动力量的大小，反映了电机的负载能力。扭矩越大，电机所能承受的负载也就越大，通常表现电机的性能也越好。在实际应用中，需要考虑应用所需要的最大扭矩，并留有至少20%的余量以应对额外因素，如气隙空气阻力等。
- 转速：转速指的是电机在单位时间内旋转的速度，通常用每分钟转数（rpm）来表示。这个参数决定了无刷电机能够提供多快的运转速度。
- 功率：功率是衡量电机工作能力的一个重要指标，它代表了电机在单位时间内能做多少工。一个电机的功率是由其电压和电流决定的，公式为P=VI，其中P是功率，V是电压，I是电流。
此外，还有一些其他重要参数需要注意：
- 空载电流：这是指在指定电压下，电机无负载工作时的工作电流。了解空载电流有助于评估电机在不承载任何负载时的电能消耗水平。
- KV值：KV值代表的是电机的转速常数，即在特定电压下电机的空转转速。这个参数对于需要精确控制转速的应用来说非常重要。
在选择无刷电机时，除了考虑上述关键性能参数外，还应该根据具体的应用场景和要求来确定合适的电机型号。例如，如果对尺寸有特定要求，那么电机规格就显得尤为重要。像2212或2216这样的数字，通常用来表示无刷电机的定子直径和高度，这对于确保电机能够适配安装空间非常关键。
五、 电机的一些专业名词
在电机领域，专业名词是理解其技术特性和工作原理的关键。以下是一些常见的专业术语：
- 电机碳刷：这是电机中用于传输电流到转子的部件，通常由碳或石墨制成，具有良好的导电性和耐磨性。
- 电机参数：指的是描述电机性能和特征的一系列数值，如额定功率、转速、电压、电流等。
- 电机槽宽：指电机定子槽的宽度，与线圈的放置有关，影响电机的性能。
- 电机槽内导体：位于电机定子槽内的线圈或导体，是产生旋转磁场的重要组成部分。
- 电机常数：这是一个综合反映电机性能的参数，包括电机的结构和使用材料等特性。
- 杂散电感：指电机内部非理想电磁耦合产生的额外电感，会影响电机的性能。
- 定子：电机的静止部分，包含绕组和铁芯，用于产生旋转磁场。
- 转子：电机的旋转部分，在磁场中转动，从而将电能转换为机械能。
- 球隙：一种保护装置，用于防止过电压对电机造成损害。
- 电力变压器：用于升高或降低交流电压的设备，对于电力系统至关重要。
- 三相鼠笼感应电动机：一种常见的交流电动机类型，以其结构简单和成本低廉而广泛应用于工业领域。
- 直流电动机：使用直流电作为动力源，将电能转换为机械能的电动机。
- 交流电动机：使用交流电作为动力源，同样将电能转换为机械能的电动机。
了解这些专业名词有助于在研究和选择电机时，更加准确地理解其技术规格和适用性。
六、 有刷电机和无刷电机比较
| 特性/电机类型 | 有刷电机 | 无刷电机 |
|---|---|---|
| 结构 | 具有碳刷和换向器，用于实现电流传输和转子转向变换。 | 没有碳刷和换向器，通常使用电子控制器实现转向变换。 |
| 效率 | 较低的效率，因为有碳刷摩擦产生的能量损失。 | 高效率，由于减少了碳刷摩擦和其他接触性损耗。 |
| 维护 | 需要定期更换碳刷，维护成本较高。 | 几乎不需要维护，因为磨损件较少。 |
| 寿命 | 较短，由于碳刷和换向器的磨损。 | 较长，没有易磨损的碳刷和换向器。 |
| 噪音和电磁干扰 | 产生较多噪音和电磁干扰，由于碳刷与换向器的接触。 | 低噪音、低电磁干扰，适用于要求安静和低干扰的环境。 |
| 控制 | 简单的控制方式，但调速性能较差。 | 可以实现精确的速度控制和高性能动态响应。 |
| 成本 | 制造成本较低，但由于维护和更换零件的需要，长期成本可能较高。 | 制造成本较高，但由于维护成本低，长期成本可能更有优势。 |
| 应用 | 适用于低成本、对效率和维护要求不高的应用。 | 适用于高效率、长寿命和低维护需求的应用。 |
