直流有刷電機(jī)原理詳解

為什么電動(dòng)工具(比如手電鉆、角磨機(jī)等)一般都用有刷電機(jī)，而不是無(wú)刷電機(jī)?要想搞明白，這個(gè)還真是用一兩句話(huà)講不清楚。

直流電機(jī)分為有刷電機(jī)和無(wú)刷電機(jī)，這里所說(shuō)的“刷”是指碳刷。那碳刷長(zhǎng)什么樣呢?

那直流電機(jī)為什么要碳刷呢?有碳刷和沒(méi)碳刷有什么不一樣呢?我們接著往下看!

直流有刷電機(jī)原理

如圖1所示，這是一個(gè)直流有刷電機(jī)結(jié)構(gòu)模型圖。兩個(gè)固定的異性磁鐵，中間放置一個(gè)線(xiàn)圈，線(xiàn)圈兩端分別接在兩個(gè)半圓形的銅環(huán)上，銅環(huán)兩端與固定的碳刷相接觸，然后給碳刷兩端分別接上直流電源。

▲ 圖1

接上電源以后，電流如圖1中箭頭所示。根據(jù)左手定則，黃色線(xiàn)圈受到垂直向上的電磁力;藍(lán)色線(xiàn)圈受到垂直向下的電磁力。電機(jī)轉(zhuǎn)子開(kāi)始作順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)90度以后，如圖2所示：

▲ 圖2

此時(shí)，碳刷剛好在兩個(gè)銅環(huán)中間空隙處，整個(gè)線(xiàn)圈回路沒(méi)有電流。但是在慣性的作用下，轉(zhuǎn)子依然在繼續(xù)旋轉(zhuǎn)。

▲ 圖3

轉(zhuǎn)子在慣性的作用下轉(zhuǎn)到上述位置時(shí)，線(xiàn)圈電流如圖3所示。根據(jù)左手定則，藍(lán)色線(xiàn)圈受到垂直向上的電磁力;黃色線(xiàn)圈受到垂直向下的電磁力。電機(jī)轉(zhuǎn)子繼續(xù)作順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)90度以后，此時(shí)，碳刷剛好也在兩個(gè)銅環(huán)中間空隙處，整個(gè)線(xiàn)圈回路沒(méi)有電流。但是在慣性的作用下，轉(zhuǎn)子依然在繼續(xù)旋轉(zhuǎn)。然后又重復(fù)上述步驟，一直循環(huán)下去。

直流無(wú)刷電機(jī)

如圖5所示，這是一個(gè)直流無(wú)刷電機(jī)結(jié)構(gòu)模型圖。它是由定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成，其中轉(zhuǎn)子上有一對(duì)磁極;定子上面繞了有很多組線(xiàn)圈，圖中畫(huà)了有6組線(xiàn)圈。

▲ 圖5

當(dāng)我們給定子線(xiàn)圈2、5通入電流，此時(shí)線(xiàn)圈2、5會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，定子相當(dāng)于一個(gè)條形磁鐵，其中2為S(南)極、5為N(北)極。由于同性磁極互相吸引，所以轉(zhuǎn)子N極會(huì)旋轉(zhuǎn)到線(xiàn)圈2位置，轉(zhuǎn)子S極會(huì)旋轉(zhuǎn)到線(xiàn)圈5位置，圖6。

▲ 圖6

然后我們把定子線(xiàn)圈2、5電流撤掉，再給定子線(xiàn)圈3、6通入電流。此時(shí)線(xiàn)圈3、6會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，定子相當(dāng)于一個(gè)條形磁鐵，其中3為S(南)極、6為N(北)極。由于同性磁極互相吸引，所以轉(zhuǎn)子N極會(huì)旋轉(zhuǎn)到線(xiàn)圈3位置，轉(zhuǎn)子S極會(huì)旋轉(zhuǎn)到線(xiàn)圈6位置，圖7。

▲ 圖7

同理，再把定子線(xiàn)圈3、6電流撤掉，再給定子線(xiàn)圈4、1通入電流。此時(shí)線(xiàn)圈4、1會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，定子相當(dāng)于一個(gè)條形磁鐵，其中4為S(南)極、1為N(北)極。由于異性磁極互相吸引，所以轉(zhuǎn)子N極會(huì)旋轉(zhuǎn)到線(xiàn)圈4位置，轉(zhuǎn)子S極會(huì)旋轉(zhuǎn)到線(xiàn)圈1位置。

至此，電機(jī)已經(jīng)旋轉(zhuǎn)半圈....后半圈和前面原理一致，這里不再贅述。我們可以簡(jiǎn)單的把直流無(wú)刷電機(jī)理解成，就像在一頭驢的前面釣一個(gè)胡蘿卜，這樣驢就會(huì)一直朝著胡蘿卜前進(jìn)。

那怎么樣才能在不同時(shí)刻給不同線(xiàn)圈通入準(zhǔn)確的電流呢?這就需要電流換向電路了......在這里就不詳細(xì)介紹了。

兩者優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比

直流有刷電機(jī)：?jiǎn)?dòng)快速、制動(dòng)及時(shí)、調(diào)速平穩(wěn)、控制簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜。重點(diǎn)是價(jià)格便宜!價(jià)格便宜!價(jià)格便宜!而且它啟動(dòng)電流大，在低速時(shí)扭矩(旋轉(zhuǎn)力)大，能帶很重的負(fù)荷。

但是由于碳刷和換向片之間存在摩擦，所以直流有刷電機(jī)容易產(chǎn)生火花、發(fā)熱、噪音、對(duì)外界環(huán)境有電磁干擾，而且效率低、壽命短。因?yàn)樘妓儆趽p耗品，容易出故障，而且用一段時(shí)間需要更換。

直流無(wú)刷電機(jī)：由于直流無(wú)刷電機(jī)省去了碳刷，所以噪音小、無(wú)需維護(hù)、故障率低、使用壽命長(zhǎng)，而且運(yùn)行時(shí)間和電壓比較穩(wěn)定，對(duì)于無(wú)線(xiàn)電的設(shè)備干擾要小。但是它的價(jià)格貴!價(jià)格貴!價(jià)格貴!

電動(dòng)工具是生活中非常常用的工具，品牌種類(lèi)非常很多、競(jìng)爭(zhēng)激烈，大家對(duì)價(jià)格很敏感。而且電動(dòng)工具它需要需要帶很重的負(fù)荷，必須要很大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，比如手電鉆、沖擊鉆。否則在鉆孔時(shí)，電機(jī)很容易因?yàn)殂@頭卡住而無(wú)法運(yùn)轉(zhuǎn)。

試想一下，有刷直流電機(jī)價(jià)格低、啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、能帶重負(fù)荷;無(wú)刷電機(jī)雖然故障率低，壽命長(zhǎng)，但是價(jià)格貴，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩遠(yuǎn)不如有刷電機(jī)。如果讓你選，你會(huì)怎么選，我想答案不言而喻。

審核編輯：湯梓紅