电动机已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，机器人和其他电子设备的各种设备中。一般而言，电动机是将电能转换为机械能的装置。它们通常被称为发电机的正好相反，因为它们以相似的原理运行，并且理论上可以转换为发电机。它们本质上用于需要旋转运动的场合，并且可以在家用电器（振动电机），机器人，医疗设备，玩具等中找到应用。
根据电动机所使用的电源类型，可以将其分为两大类：交流电动机和直流电动机。顾名思义，交流电动机通常使用交流电源（单相或三相）供电，并且通常用于需要大量扭矩的工业和重型应用中。另一方面，直流电动机（今天是我们今天关注的焦点）通常较小，并且用于基于电池（或插入直流电源）的应用中，与交流电动机相比，其工作量要少得多。他们在数种设备中找到了应用，从剃须刀等日常设备到儿童玩具，机器人和无人机的玩具，等等。
直流电动机的要求因一个应用程序而异，因为一个应用程序可能需要更多的转矩并降低速度，而另一应用程序可能需要更大的速度并降低转矩，因此，有时销售人员会据此对DC电动机进行分类。但是，直流电动机可以分为三种不同的类别或类型，包括：
- 有刷直流电机
- 无刷直流电动机
- 伺服马达。
在今天的文章中，我们将重点研究无刷和有刷直流电动机，因为我们将根据运行原理，构造，应用，优缺点来研究它们之间的差异。对于第三种类型，您可以阅读《伺服电机》的详细文章。
工作原理与建设
所有电动机的运行通常基于两个原理：安培定律和法拉第定律。在第一定律指出，放置在磁场中的电导体将受到力的作用，如果流过导体的任何电流具有直角这一领域的组件。所述第二个原则指出，如果一个导体通过磁场移动，然后运动垂直的该领域中的任何组件将产生的电位差的导体的端部之间。
根据这些定律，电动机包括两个主要部分：永磁体和一堆导体缠绕成线圈。通过向线圈通电，它变成了一块磁铁，并基于磁铁在相同的磁极排斥并在不同的磁极吸引的事实，实现了旋转运动。
有刷直流电机
已知有刷直流电动机是最早，最简单的电动机之一，因为它以最简单的方式实现了上述定律。如下图所示，有刷直流电动机的结构包括一个由永磁体制成的固定定子和一个运动电枢（转子），在该电枢上装有换向器，电刷和开口环之类的组件，所有这些组件都围绕电动机放置轴。
当向电动机供电（通过电池或通过插入电源的交流电或直流电）时，电流通过电刷从电源流向电枢，电刷通常位于电动机轴的相对两侧。电刷（设计中使用的电刷是电动机名称的主要因素）通过与换向器的物理接触将电流传递到电枢。电枢（导线线圈）一经通电，便开始像磁铁一样运转，此时其磁极开始排斥构成定子的永磁体的磁极。随着磁极的排斥，连接到电枢的电动机轴开始以取决于电枢周围磁场强度的速度和转矩旋转。
磁场强度通常取决于电刷上施加的电压和定子所用永磁体的强度。
无刷直流电动机
即使它们使用相同的电磁原理，另一方面无刷电动机也更加复杂。它们是努力提高有刷直流电动机效率的直接结果，可以简单地描述为不采用电刷进行换向的电动机。但是，该描述的简单性让我对以下问题提出了疑问：如何为电动机供电以及如何在没有电刷的情况下实现运动，我将尝试解释一下。
与有刷电机的结构相反，在无刷电机中，东西会翻转。在有刷电动机的情况下，在定子内旋转的电枢在无刷电动机中是固定的，在有刷电动机中固定的永磁体用作无刷电动机的转子。简而言之，无刷直流电动机的定子由线圈组成，而其转子（与电动机轴相连的转子）由永磁体组成。
由于无刷电动机消除了使用电刷为电枢供电的麻烦，因此切换（换向）变得更加复杂，并通过使用其他一组电子组件（例如由换向组件（如光学编码器）触发的放大器）以电子方式进行运动。无刷直流电动机的换向算法可以分为两种；基于传感器的无意义换向。
在基于传感器的换向中，传感器（例如霍尔传感器）沿着电动机的磁极放置，以向控制电路提供反馈，以帮助其估计转子位置。有三种流行的算法用于基于传感器的换向；
- 梯形换向
- 正弦换向
- 矢量（或面向字段）控制。
这些控制算法中的每一种都有其优缺点，并且可以根据软件和电子硬件的设计以不同的方式实现算法，以进行必要的更改。
另一方面，在无传感器换向中，控制电路设计为测量反电动势以估计转子位置，而不是将传感器放置在电动机内。
由于消除了霍尔传感器的成本，该算法性能很好，并且成本降低，但是与基于传感器的算法相比，其实现要复杂得多。
优缺点
在有刷直流电动机中，电刷与旋转换向器保持恒定接触。这导致产生大量的摩擦，进而导致热量损失能量以及电刷逐渐磨损。因此，有刷直流电动机效率低，需要定期维护。这会产生大量摩擦，并且摩擦等于热量（能量损失）和磨损。另一方面，无刷直流电本质上是无摩擦的，因此效率非常高，需要零维护，并且比有刷直流电动机的使用寿命更长。
但是，由于直流无刷电动机设计简单，因此与无刷直流电动机相比非常便宜。另一方面，无刷直流电动机由于其复杂的设计以及驱动它们所需的额外电子元件（控制器）的额外成本而非常昂贵。
应用领域
尽管无刷直流电动机近来越来越流行，但由于它们的转速/转矩比易于改变，因此在日常家用电器，儿童玩具和工业应用中仍使用有刷直流电动机。由于它们的低成本，它们被用于主机设备可能在电动机之前发生故障的应用中。
另一方面，无刷直流电动机已在从医疗设备，机器人和无人机到电动汽车，电动工具等的各种设备中找到了应用。它们本质上用于要求高效率，长寿命且物有所值的应用中。
在无刷和有刷直流电动机之间进行选择时要考虑的因素
以下是您的应用的速度，转矩，额定功率和其他基本要求，这是三个因素，我认为在决定要为您的应用部署的电动机类型时也可以考虑。
- 占空比/使用寿命
- 效率
- 控制/执行
- 成本
占空比/使用寿命
使用寿命描述了电动机在出现故障之前需要工作多长时间以及处于何种占空比。这很重要，因为前面提到的有刷直流电动机由于电刷和换向器之间的摩擦而容易磨损。因此，重要的是要确保使用的是在整个使用寿命中电动机都可以正常工作的应用，或者如果使用有刷直流电动机，则认为该电动机的维修是正常且廉价的应用。这方面的一个很好的例子是儿童玩具，通常在电动机磨损之前就将它们扔掉或损坏。在使用寿命长且无法维修电机的应用中，无刷直流电机通常是明智的选择。
效率
通常，与有刷直流电动机相比，无刷直流电动机具有更高的整体效率，但与无刷直流电动机相比，无铁芯有刷有刷电动机的效率更高。但是，在做出决定之前，必须评估整体所需的效率并将其与每个电动机的效率进行比较，这一点很重要。在大多数情况下，效率是决定因素，无刷直流电动机通常会胜出。
控制/执行
当使用无刷直流电动机时，这通常是主要的挫折之一。与有刷直流电动机相比，诸如控制器之类的附加要求使操纵更加复杂，而有刷直流电动机可以像在其端子上连接电池那样琐碎地采用动力/操纵方法。您应确保为该项目使用无刷直流电动机所涉及的复杂程度是合理的，并且易于获得诸如控制器之类的支持电子设备。无论有刷直流电动机的简单性如何，它们有时都不适合高精度应用。虽然有刷直流电机可以像Arduino这样轻松地连接到控制器，但是将BLDC与Arduino Uno连接起来非常复杂，但是ESC（电子调速器）使BLDC与微控制器的连接变得更加容易。
成本
与有刷直流电动机相比，无刷直流电动机的设计复杂性使其真正昂贵。在购买无刷直流电动机之前，请确保该项目的额外费用在可承受的范围内。在做出决定之前，还要考虑使用BLDC所需的其他附件的成本。