電機(jī)的基本工作原理是什么樣的？

從手機(jī)的震動(dòng)馬達(dá)，到電腦中的散熱風(fēng)扇，電機(jī)的應(yīng)用隨處可見(jiàn)。本文將帶大家了解電機(jī)的基本工作原理，并介紹三種常見(jiàn)的電機(jī)種類(lèi)，幫助大家選擇適合自己需求的電機(jī)類(lèi)型。

電機(jī)（“Motor”，也叫馬達(dá)）是指依據(jù)電磁感應(yīng)實(shí)現(xiàn)電能轉(zhuǎn)換或傳遞的一種電磁裝置，主要作用是產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩，作為各種機(jī)械的動(dòng)力源，為設(shè)備提供的是一種和環(huán)境互動(dòng)的方式，所以根據(jù)應(yīng)用環(huán)境的不同，它的設(shè)計(jì)和操作也會(huì)有所不同，下面就讓我們從工作原理開(kāi)始，了解三種常見(jiàn)電機(jī)種類(lèi)的優(yōu)缺點(diǎn)。

電機(jī)的工作原理

電機(jī)的工作原理是磁場(chǎng)對(duì)電流受力的作用，使電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。一根通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中會(huì)受到力的作用，這種力在宏觀上表現(xiàn)為安培力，在微觀上表現(xiàn)為運(yùn)動(dòng)電荷所受到的洛倫茲力。

電機(jī)的種類(lèi)

經(jīng)典的直流有刷電機(jī)

直流有刷電機(jī)的主要結(jié)構(gòu)包括：定子，轉(zhuǎn)子，電刷三個(gè)部分，通過(guò)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)獲得轉(zhuǎn)動(dòng)力矩，從而將電能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，在這過(guò)程中電刷與換向器不斷摩擦接觸，起到導(dǎo)電和換相的作用。

直流有刷電機(jī)是當(dāng)今使用的最簡(jiǎn)單的電機(jī)之一。它出現(xiàn)在各種家用電器、玩具和汽車(chē)當(dāng)中。這種電機(jī)的構(gòu)造和控制非常簡(jiǎn)單，是適用于專業(yè)人士和業(yè)余愛(ài)好者的解決方案。

優(yōu)點(diǎn)

易于控制。

在低轉(zhuǎn)速下有很好的扭矩。

價(jià)格低廉，適合大規(guī)模生產(chǎn)。

缺點(diǎn)

電刷會(huì)隨著時(shí)間的推移而磨損。

電刷會(huì)產(chǎn)生電磁噪音。

由于電刷會(huì)發(fā)熱，因此轉(zhuǎn)速有限制。

動(dòng)力充足的無(wú)刷電機(jī)

無(wú)刷電機(jī)與有刷電機(jī)的區(qū)別在于：不使用機(jī)械的電刷裝置，采取電子換向，線圈不動(dòng)，磁極旋轉(zhuǎn)。通過(guò)霍爾元件感應(yīng)永磁體磁極的位置，適時(shí)切換線圈電流的方向來(lái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)。這種方法的好處在于避免了有刷電機(jī)電刷的消耗。

無(wú)刷電機(jī)已經(jīng)開(kāi)始在飛機(jī)和車(chē)輛的市場(chǎng)上占據(jù)主導(dǎo)地位。原本如何控制無(wú)刷電機(jī)一直是個(gè)難題，但隨著微控制器的研發(fā)和普及，這個(gè)問(wèn)題正在得到解決。由于沒(méi)有電刷的阻礙，電機(jī)可以提供更加安靜且強(qiáng)大的動(dòng)力。

優(yōu)點(diǎn)

可靠。

效率高。

易于大量生產(chǎn)。

缺點(diǎn)

需要專門(mén)的控制器。

在驅(qū)動(dòng)應(yīng)用中通常需要專門(mén)的齒輪箱。

精確的步進(jìn)電機(jī)

步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開(kāi)環(huán)控制元步進(jìn)電機(jī)件。當(dāng)電流流過(guò)定子繞組時(shí)，定子繞組產(chǎn)生一矢量磁場(chǎng)。該磁場(chǎng)會(huì)帶動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一角度，轉(zhuǎn)子也隨著該磁場(chǎng)轉(zhuǎn)一個(gè)角度。每輸入一個(gè)電脈沖，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度前進(jìn)一步。

步進(jìn)電機(jī)輸出的角位移與輸入的脈沖數(shù)成正比、轉(zhuǎn)速與脈沖頻率成正比，可以通過(guò)控制脈沖個(gè)數(shù)來(lái)控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的。因此步進(jìn)電機(jī)多被應(yīng)用在打印機(jī)、繪圖儀、3D打印機(jī)、數(shù)控銑床等需要精確控制位置的電器中。

優(yōu)點(diǎn)

優(yōu)異的定位精度。

高保持力矩。

高可靠性。

缺點(diǎn)

步距過(guò)小，限制了最高速度。

持續(xù)耗電高。

高負(fù)載下容易出錯(cuò)。

以上，我們了解了電機(jī)的基本工作原理，并介紹了一些不同類(lèi)型的電機(jī)以及它們可能的使用方式。在選擇使用的電機(jī)時(shí)，需先考好自己的需求，然后比較每種類(lèi)型電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，選擇適合需求的解決方案。

原文標(biāo)題：歐時(shí)課堂丨電機(jī)（馬達(dá)）是如何工作的？

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