機起源於18世紀40年代，經過近三個世紀的發展，逐漸形成瞭交流電機和直流電機兩大類，現已廣泛應用於汽車、摩托車、傢電、工業設備等各個領域，如華為新能源汽車問界M7、隆鑫通用電動摩托車茵未品牌的Real 5T等都采用交流電機進行動力驅動，日常生活中常用的電風扇、電動牙刷、兒童玩具等都是直流電機的應用。

那麼，如何能直觀的瞭解電機的工作原理呢？本文就從相對簡單的有刷直流電機的工作原理開始，為大傢揭開電機的面紗。

磁鐵的相關概念

永磁體

首先是磁體（Magnet）的相關知識。磁體分為N極（North Pole）和S極（South Pole），而且具有可以吸引回形針等金屬的特性。具有同極磁體互相排斥，異極磁體互相吸引的特點。把能夠長期保持其磁性的磁體稱為永磁體。

如果進一步解釋，會發現磁體內部有一種排列整齊的磁疇，這是磁體產生磁性的根本原因。金屬材料內部存在著無序排列的磁疇，因此不對外產生磁性，但是在一定條件下也會產生磁性。

電磁鐵

在金屬導體上纏繞線圈，然後將線圈接入完整直流電路，會發現這個金屬也產生瞭磁性，也有S極和N極。如果從磁疇的角度分析，會發現導體內部無序排列的磁疇也變成瞭有序排列，這種現象稱為磁化。也就是以前我們聽到過的“電生磁”。這種磁鐵我們一般稱為電磁鐵（Electromagnet）。

電磁鐵的性質與磁體完全相同，具有吸引回形針等金屬的特性，同極磁體相互排斥，異極磁體相互吸引。與磁體不同的是，電磁鐵可以隨時消磁和磁化，而且磁性的強弱可以改變。

另外，在直流閉合電路中，可以通過更換電池的正負極或直接更換電磁鐵兩端的導線來改變流經線圈上的電流方向，從而改變電磁鐵的N極和S極。這對我們後面講述有刷直流電機的運動機理至關重要。

電機旋轉的基本原理

在瞭解同極磁體互相排斥，異極磁體互相吸引之後，就為空間的旋轉運動提供瞭可能。

在永磁體中間加入一個旋轉軸，通過不斷改變兩端磁鐵的磁極，就可以產生旋轉的力矩（Torque），這是電機產生旋轉運動的原理。

當采用電磁鐵來替代中間的永磁體時，機理就會有一些變化。由於電磁鐵可以改變磁極，因此就將另一邊的磁極保持不變，通過改變電磁鐵的磁極來使其產生旋轉運動。

為瞭產生更大的力矩，常常在電磁鐵兩邊佈置永磁體，這樣做的效果是在電磁鐵兩邊都產生使電磁鐵旋轉的力矩，而且也能使電磁鐵旋轉的更穩定。

以上便是電機旋轉的最基本原理，從磁鐵同性相斥異性相吸的特性到空間產生旋轉，在工程應用中，還需要許多其他部件，才能產生可以工程應用的電機。

工程化應用

對於直流有刷電機，要想實現上述電磁鐵的磁場變化，就需要用到電樞（Armature）、換向器（Commutator）和電刷(Brushes)。

電樞

在工程實踐中，常用電樞代替電磁鐵，同時將佈置在兩邊的永磁體做成環狀，目的是可以在空間裡產生較為集中的磁場。

換向器

換向器往往是對稱結構，而且對稱部分會有間隙。它的工作原理是與電樞一起運動，通過與電刷的配合，完成電樞中磁場的切換。

電刷

電刷：也叫碳刷，外形為長方形，主要成分是碳，也就是石墨。由於石墨的導電性能非常好，所以用來制造電極、碳刷等零部件。通常會和彈簧、金屬線通過滑動接觸的方式與換向器相連。

電刷的工作原理是與換向器通過滑動摩擦的形式接觸，然後與外部直流電路構成回路，通過與換向器的不同區域接觸，達到改變電樞中電流的方向，從而實現改變電樞的磁場。

電樞與線圈那些事

如果電機中隻有一個電樞會怎麼樣呢？結合換向器的結構不難發現，如果電刷剛好停在瞭換向器的間隙中，電樞就無法產生旋轉瞭，簡單地說就是存在電機不運轉的風險。

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為瞭克服單電樞的缺點，就需要增加電樞的數量。這樣的話，在電樞旋轉過程中，即使電刷停在換向器間隙處，其他部分的電樞仍然可以提供旋轉的力矩，使電機繼續旋轉。

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如果隻是增加少量的電樞還不夠，因為電樞較少的話，產生的旋轉力矩不平穩，而且力矩在運轉過程中會有突變。因此需要增加更多電樞，這樣電機的運轉會更平穩。

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另外，從上面的分析中不難看出，如果想讓電機的功率提高，就需要增加電樞中的磁場強度。從初中知識我們知道，改變線圈中的電流大小或者改變線圈的匝數可以改變磁場的強度。在工程中我們較為容易實現的是增加電樞中線圈的匝數，這也就是我們看到的電機中為什麼有很多密密麻麻的線圈的原因。

當電機可以旋轉以後，我們就可以通過齒輪、蝸輪蝸桿等機械機構將旋轉運動轉換為各種其他形式的運動，這就是日常生活中我們看到的電風扇、電動牙刷、電動玩具等大部分電器的運動原理。

結語

有刷直流電機的優勢：技術成熟、起動響應速度快、啟動扭矩大、運行平穩、控制精度高；結構簡單、生產加工容易。

缺點：噪音大（主要來源於電刷與換向器摩擦）、有電磁幹擾（來源於電刷與換向器摩擦產生的電火花）。

有刷直流電機的優勢明顯，在精密機床上的運用較多，為瞭克服它的缺點，人類又在有刷直流電機的基礎上，發明瞭無刷直流電機……

想一想，無刷直流電機繼承瞭有刷直流電機的優點，又克服瞭它的缺點，未來會不會慢慢取代有刷直流電機而占據直流電機的主流地位呢？下一節，將為大傢帶來無刷直流電機的相關知識，也帶大傢提前解鎖隆鑫BICOSE品牌REAL 5的無刷直流電機的應用，下一篇也許就沒有這一篇溫和啦，少許專業詞匯即將抵達戰場！拭目以待吧。