DC电机是什么？电机特征和原理的介绍

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2020年3月30日

电机通常是指，使用电力产生旋转运动的机器，是将电能转化为机械能的"电器"的总称。
电机的种类繁多，本节中介绍的DC电机指的是"直流电机（direct current motor）"。
DC电机被用于我们周围的各种机器中。

DC电机与其他的电机有何不同

电机的种类

电机，有几种不同的类型。按照内部结构和驱动方式的不同，可分为以下3种。

DC电机（用直流电源旋转）
AC电机（用交流电源旋转）
步进电机（由脉冲信号驱动1步1步进行旋转）

与另外2种电机相比，DC电机的特点是可进行高速旋转，且启动扭矩较大。

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	DC带刷电机	DC无刷电机	AC电机	步进电机
效率	优秀		较差
启动转矩	优秀		较差	优秀
转速	根据设定可以实现比其他种类电机更高的转速		3600[r/min]以下（2极、60[Hz]时）	2000[r/min]以下（根据控制方法）
丢步和堵转	均无		有堵转	有丢步
寿命	取决于电刷寿命	长	长	长
驱动电路	不需要	需要	不需要	需要
控制方法	主要为闭环		主要为开环
位置控制	使用伺服电机时可以实现		使用伺服电机时可以实现	可以实现
恒定速度控制	较差	最佳	较差	优秀

DC电机可分为"有刷"和"无刷"两类

根据电刷（电极）的有无，可将DC电机分为"有刷电机"和"无刷电机"。

"有刷（电机）"在与直流电源相连时旋转。"无刷（电机）"则需要有驱动电路（驱动器），通过检测转子的磁极位置，在绕组中传递适当的电力路来旋转。

有刷DC电机横截面示意图

无刷DC电机横截面示意图

有刷与无刷（电机）各自特征的区别

有刷电机

有刷电机可大致分为使用永磁铁的"永磁铁磁场型"和不使用永磁铁的"电磁铁磁场型"这2类。

永磁铁磁场型: 这类电机作为模型用电机、汽车配件电机等，是在世界上使用最为广泛的电机。根据电枢的类型，可将其进一步分为3类：槽型、无槽型和无铁芯型。
电磁铁磁场型: 这是一类通过电磁铁产生磁通量的电机。根据励磁绕组和点数绕组间连接方式的不同，可分为"并联电机"、"串联电机"和"他励（tarei）电机"3类。这类电机主要为中型至大型输出的电机。

无刷电机

无刷电机由于线圈不发生旋转，因此不需要电刷和整流器。根据转子上永磁铁安装方法的不同，可分为以下几类。

表面磁铁型（SPM：Surface Permanent Magnet）: 在转子的外围贴附有永磁铁。
内置磁铁型（IPM：Interior Permanent Magnet）: 转子内侧嵌有永磁铁。

DC电机的优点和缺点

有刷电机因其旋转控制好、效率高、易于小型化的特点，成为了当前使用最多的电机。
无刷电机没有作为有刷电机缺点的电刷和整流器，因此使用寿命长、易于维护、噪音小。

有刷电机的特点

优点: 在不需要控制速度的情况下，不需要驱动电路。

高效率设计。

可高速旋转运行。

启动扭矩大。

可通过电压来控制转数和扭矩，响应性好，易操作。
缺点: 由于需要使用电刷、整流器这类易耗部件，因此寿命较短。

电刷会产生电噪声和噪音。

无刷电机的特点

优点: 不使用电刷，因此寿命较长。

高效率设计。

速度控制稳定。

可高速旋转运行。

启动扭矩大。
缺点: 需要有驱动电路（驱动器）。

DC电机有哪些应用

毫不夸张地说，DC电机被应用于我们周围生活环境的各个角落。它们以各种形式，被广泛应用于各种用途。
比如，在生活方面，它被用于空调等空气调节机、冰箱、热水器等处。工作方面，则在办公室配备的投影仪、金融机构使用的ATM终端设备内部都有使用。另外，其使用还扩展到了以换气系统为中心的住宅设备、测量仪器、汽车、医疗设备等方面。

DC电机的生产数量很多，在防止噪音以及节能方面，是对生活环境以及地球环境来说极为重要的电机。