直流有刷电动机

有刷直流电动机是一种内部换向电动机，设计用于从直流电源运行并利用电刷进行接触。

有刷电机是电力驱动机械能的第 一个重要商业应用，直流配电系统用于在商业和工业建筑中运行电机已有 100 多年的历史。

有刷直流电机可以通过改变工作电压或磁场强度来改变速度。根据磁场与电源的连接，可以改变有刷电机的速度和扭矩特性，以提供稳定的速度或与机械负载成反比的速度。有刷电机继续用于电力推进、起重机、造纸机和轧钢厂。由于电刷会磨损并需要更换，因此使用电力电子设备的无刷直流电机已经在许多应用中取代了有刷电机。

直流电机旋转

当电流通过绕在外部磁场中的软铁芯上的线圈时，正极一侧受到向上的力，而另一侧则受到向下的力。根据弗莱明的左手定则，力对线圈产生转动作用，使其旋转。为了使电动机沿恒定方向旋转，直流换向器每半个周期（在两极电动机中）使电流反向，从而使电动机继续沿同一方向旋转。

上面显示的电机的一个问题是，当线圈的平面平行于磁场时——即 当转子磁极与定子磁极成 90 度时——转矩为零。在上图中，当线圈的磁芯处于水平状态时会发生这种情况——右侧倒数第二张图中它即将到达的位置。电机将无法在此位置启动。但是，一旦启动，它就会以势头不断地在这个位置上旋转。

这种简单的杆设计还有第二个问题。在零扭矩位置，两个换向器电刷都接触（桥接）两个换向器板，导致短路。电源线通过换向器板短接在一起，线圈也通过两个电刷短接（线圈短接两次，分别通过每个电刷短接一次）。注意这个问题与上面的不启动问题无关；即使这个位置的线圈中有高电流，扭矩仍然为零。

这里的问题是这种短路会无用地消耗功率而不会产生任何运动（甚至不会产生任何线圈电流）。在低电流电池供电的演示中，这种短路通常不被认为是有害的。但是，如果将双极电机设计为以数百瓦的功率输出进行实际工作，则这种短路可能会导致换向器严重过热、电刷损坏以及电刷（如果是金属的）可能会焊接到换向器上。经常使用的碳刷不会焊接。在任何情况下，这样的短路都是非常浪费的，会迅速耗尽电池电量，并且至少要求电源组件的设计标准比仅在没有短路的情况下运行电机所需的标准高得多。

一种简单的解决方案是在换向器板之间放置一个比电刷端部宽的间隙。这增加了角位置的零扭矩范围，但消除了短路问题；如果电机在外力的作用下开始旋转，它将继续旋转。通过这种修改，它也可以通过简单地将其停止（停止）在零扭矩（即换向器非接触）角度范围内的位置来有效地关闭。

这种设计有时会出现在自制的业余爱好电机中。

这种简单解决方案的一个明显缺点是，电机现在每转一圈会滑行两次，并且扭矩呈脉冲状。这可能适用于电风扇或保持飞轮旋转，但有许多应用，即使在不需要启动和停止的情况下，它是完全不够的，例如驱动磁带传输的绞盘，或任何类似的情况经常快速地加速和减速是一项要求。

另一个缺点是，由于线圈具有自感测量，流过线圈的电流不能突然停止。电流试图跳过换向器片和电刷之间的开口间隙，引起电弧。