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一、电机基本知识

电机已经成为我们生活中的重要组成部分。它们存在于从电动汽车到无人机，

机器人医疗设备，家电，玩具等其他的各种电子设备中。

电动机可根据其使用的电源类型分为两大类：交流电动机和直流电动机。

交流电机使用交流电源（单相或三相）供电，主要用于需要大量扭矩的工业

应用中。直流电机是基于电池或直流电源的应用。交流电机结构简单，运行

可靠，但启动特性和调节性能较差，需要通过变频来控制电机速度。而直流

电机具有优越的启动特性和调速性能，主要表现为控制性能好，调速范围宽，

效率高，广泛应用于工业和民用场合。

直流电机又可以分为三种不同的类型：1）有刷直流电机；2）无刷直流电

机；3）伺服直流电机。

电动机的工作原理都是基于两个基本定律：安培定律和法拉第定律。简单的

说就是，磁场中的载流导体，会受到力的作用（左手定则：让磁感线穿过手

掌正面，手指方向为电流方向，大拇指方向为产生磁力的方向）。第二个定

律指出，如果导体在磁场中移动，磁场中的导体因受到力的牵引切割磁感线

会产生电动势（1.右手定则：让磁感线穿过掌心，大拇指方向为运动方向，

手指方向为产生的电动势方向。2.右手螺旋定则：用右手握住通电螺线管，

使四指弯曲与电流方向一致，那么大拇指所指的那一端就是通电螺旋管的N

极。）。

我们研究的是电机控制，对于电机设计中的关于磁路，磁导率，气隙饱和，

去磁曲线等参数的研究意义不大。我们了解电机的基本结构和原理即可。电

动机由永磁体和一堆导体绕成的线圈两个主要组成部分，即我们常说的定子

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和转子。电机运动的本质，基于磁铁同性相斥，异性相吸的事实，实现旋转

运动；实际上就是一个磁场在追着另一个磁场运动的过程。

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无刷直流电机工作原理示意图如下所示：

1.先用磁回路分析法来说明两相两极无刷电机的工作原理。

上图中，当两头的线圈通上电流时，根据右手螺旋定则，会产生方向指向右

的外加磁感应强度B（如图中粗箭头方向所示），而中间的转子会尽量使自

己内部的磁力线方向与外磁力线方向保持一致以形成一个最短闭合磁力线

回路，这样内转子就会按顺时针方向旋转。当转子磁场方向与外部磁场方向

垂直时，转子所受的转动力矩最大。

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上图中，当转子磁场与外部磁场方向一致时，转子所受磁力最大。此时转子

呈水平状态，转子力臂为0，力矩为0。虽然不再受到转动力矩的作用，但

由于惯性，还会继续顺时针转动。这时若改变两头螺线管的电流方向，转子

就会继续顺时针向前转动。

如此不断改变两头螺线管的电流方向，内转子就会不停地转起来。改变电流

方向的这一动作，就称为换相。何时换相只与转子的位置有关，而与转子的

速度无关。

2.三相两极无刷电机的工作原理。

以最常用的“三相星形联结的二二导通方式”为列，定子三相绕组星形联结方

式的具体接线图如下图所示（转子未画出，假想是个二极磁铁），整个电机

就引出三根线A、B、C。当它们之间两两通电时，有六种情况，分别是AB、

AC、BC、BA、CA、CB。

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下面分别描述这六种情况下每个通电线圈产生的磁感应强度的方向（红、蓝

箭头表示）和两个线圈的合成磁感应强度方向（绿色箭头表示）。如下图所

示：

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