有刷电机如何实现正反转

有刷电机如何实现正反转

有刷电机在驱动和伺服系统中广泛应用，其正反转功能在许多场合都非常重要。本文将通过详细的图文结合方式，深入浅出地介绍有刷电机的结构和正反转原理，帮助读者更好地理解这一重要电机类型的工作机制。

一、有刷电机结构介绍

为了更好地理解无刷电机的正反转原理，我们先以有刷电机为例来说明其正反转的实现方式。首先，我们需要了解有刷电机的旋转原理，为此，我们先来看有刷电机的组成。下图为有刷电机的整体示意图：

图一：直流有刷电机

接下来，我们将上图中的有刷电机拆开，可以看到其内部构造。首先看到的是定子永磁体：

图二：定子永磁体

然后是电刷，这也是有刷电机名称的由来，因为其内部含有电刷。电刷的形式如下图所示：

图三：电刷示意图

接着是转子结构，包括转子转轴、绕制铜线的铁芯、铜线电枢绕组和换向器，如下图所示：

图四：转子结构示意图

上面介绍的电刷就是用于与换向器进行连接的，连接的示意图如下：

图五：电刷与换向器连接示意图

二、有刷电机转动原理介绍

实际工作过程中，电刷是与外部电源引线连接的。这样，电流就会从电源正极出发，经过电刷，经过与电刷连接的换向器，经过绕组，再经过电刷，最终回到电源负极。由于转子电枢线圈处于永磁体磁场中，所以通电的线圈就会在磁场中受到安培力的作用，从而使得转子转动起来。

图六：线圈电流方向及受力方向示意图

如上图所示，红色箭头表示线圈的受力方向，蓝色箭头表示线圈的电流方向，这样线圈将会逆时针旋转。

当旋转到下图所示的位置时，我们可以看到，换向器连接的电源的正负发生了变化，此时线圈中的电流方向也会发生变化。根据左手定则，可以判断出线圈受安培力的方向，这个力会让线圈继续保持逆时针旋转。

下图表示线圈电流方向与上图电流方向相反，受力方向也相反。换向器，顾名思义就是让线圈中的电流流向发生变化。这里通过换向器与电刷的连接，实现线圈的电流方向变化，进而实现线圈受力方向的变化。

图八：换向器连接电源方向发生变化线圈电流及受力示意图

就这样，线圈不断地旋转，对应的换向器连接电源的极性不断发生变化，从而保证了线圈能持续逆时针进行旋转，这就是有刷电机的旋转原理。

三、有刷电机正反转

从上面的电机旋转原理来看，电机的受力与磁场和线圈的通电方向有关。当磁场确定了，通电方向确定了，那么线圈受到安培力的方向也就确定了。这个力的方向可以用左手定则来判定，具体如下图所示：

图九：安培力判定示意图

根据上面介绍的内容，下面给出一个逆时针旋转的示意图：

图十：线圈逆时针旋转示意图

通过改变线圈的电流方向或磁场方向，可以实现电机的正反转。这一原理对于理解更复杂的无刷电机工作原理具有重要的参考价值。