在實(shí)踐中，大多數(shù)直流電機(jī)都不僅僅是兩個(gè)簡(jiǎn)單版本電樞極的組合。除了其他好處外，更多的極點(diǎn)可使電機(jī)從任何旋轉(zhuǎn)角度更可靠地啟動(dòng)（簡(jiǎn)單版本有兩個(gè)小的死區(qū)）。而且，這樣的電機(jī)不允許瞬態(tài)短路電流通過(guò)，有些系統(tǒng)每轉(zhuǎn)允許有兩次短暫的短路電流通過(guò)，但是很多系統(tǒng)都不能做到這一點(diǎn)。

定子的勵(lì)磁線圈有多種配置，如圖4所示。最常見的配置是串聯(lián)繞組，分流繞組和復(fù)合繞組（串聯(lián)和分流的組合）。在串聯(lián)繞組式電動(dòng)機(jī)中，勵(lì)磁線圈與電樞線圈（通過(guò)電刷）串聯(lián); 在分流繞組式電動(dòng)機(jī)中，勵(lì)磁線圈與電樞線圈并聯(lián)（“分流”是用于“并聯(lián)”的另一種表述方式）。

圖4

圖4 :(從左到右）在串聯(lián)繞組結(jié)構(gòu)中，勵(lì)磁線圈S1-S2與電樞線圈A1-A2串聯(lián); 對(duì)于分流繞組，勵(lì)磁線圈F1-F2與電樞線圈A1-A2并聯(lián); 對(duì)于復(fù)合方式，勵(lì)磁線圈S1-S2串聯(lián)，F(xiàn)1-F2與電樞線圈A1-A2并聯(lián)。圖片來(lái)源：http://www.industrial-electronics.com

每種布線方式都提供了不同的控制、速度性能以及扭矩，啟動(dòng)和運(yùn)行轉(zhuǎn)矩以及處理負(fù)載變化的能力。一些先進(jìn)的設(shè)計(jì)對(duì)定子的勵(lì)磁繞組和轉(zhuǎn)子的電樞繞組使用獨(dú)立的勵(lì)磁控制，以獲得更大的靈活性和更嚴(yán)格的控制。

有刷電機(jī)進(jìn)入21世紀(jì)

盡管BLDC電機(jī)有許多優(yōu)點(diǎn)，但有刷電機(jī)仍然可用，并且其性能正在逐漸提高。雖然電機(jī)的設(shè)計(jì)方式在許多方面相對(duì)不變，但仍有兩個(gè)重要的發(fā)展：其一是永磁體得到了廣泛使用，另一個(gè)是IC和電子開關(guān)被用于線圈驅(qū)動(dòng)和功能反饋。

如圖5所示，Digilent 的290-008是6V BDC電機(jī)的一個(gè)例子。它包括一個(gè)1:53減速齒輪箱，用于提高扭矩，額定值為0.7 kgf-cm（最大值）。盡管電源連接只需要兩根導(dǎo)線，但電機(jī)/變速箱還帶有一個(gè)六引腳連接器。其他四個(gè)導(dǎo)線用于連接集成霍爾效應(yīng)傳感器對(duì)，該傳感器對(duì)用于表示轉(zhuǎn)數(shù)和方向，使用標(biāo)準(zhǔn)的A-B正交方法。

圖5

圖5：Digilent的290-008型6 V直流電機(jī)是基本有刷電機(jī)的一個(gè)很好的例子。它不但需要為電源分配導(dǎo)線，還包括一對(duì)霍爾效應(yīng)器件和四個(gè)額外的電線，用于感應(yīng)反饋控制所需的旋轉(zhuǎn)和方向。圖片來(lái)源：Digilent

該電機(jī)在6V電壓下自主運(yùn)行時(shí)的空載電流為220mA，速度為150RPM; 125RPM情況下的滿載額定電流為480mA，失速電流為1.8A，轉(zhuǎn)矩為4.1kgf-cm。這個(gè)小型電機(jī)及齒輪箱（長(zhǎng)度54mm，直徑22mm，加上連接器）的線圈電阻僅為3.3Ω。圖6的曲線圖顯示了在6V電源供電情況下五個(gè)關(guān)鍵參數(shù)之間的相互影響：

1）轉(zhuǎn)矩，2）轉(zhuǎn)速，3）電流，4）輸出功率，5）效率。

圖6

圖6：該圖顯示了Digilent 的290-008電機(jī)的主要操作參數(shù)，以及它們?cè)谡麄€(gè)操作范圍內(nèi)的變化情況。圖片來(lái)源：Digilent

盡管無(wú)刷電機(jī)可以直接通過(guò)直流電源運(yùn)行，但使用“合適的”驅(qū)動(dòng)器件不僅能提供必要的驅(qū)動(dòng)電流，而且還能提供幾乎每個(gè)電機(jī)子系統(tǒng)所需的各種保護(hù)功能。德州儀器（TI）DRV8412雙路全橋PWM電機(jī)驅(qū)動(dòng)器是DRV8x系列集成電機(jī)驅(qū)動(dòng)器中的一員，可處理兩個(gè)獨(dú)立的無(wú)刷電機(jī)（以及步進(jìn)電機(jī)）。它具有很高的驅(qū)動(dòng)效率（高達(dá)97％），可以最大限度地減少散熱和相關(guān)問(wèn)題，如圖7所示，它可以為電機(jī)提供2×7A（連續(xù)）或2×12A（峰值）的驅(qū)動(dòng)電流。

圖7

圖7：德州儀器（TI）的DRV8412雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)器不僅能處理兩個(gè)獨(dú)立的有刷電機(jī)，還能為各種故障，過(guò)熱和過(guò)流情況提供保護(hù)。 圖片來(lái)源：德州儀器

微型芯片（僅14.00mm×6.10mm）具有保護(hù)系統(tǒng)，能夠保護(hù)設(shè)備以免受到各種故障的損害。這些包括短路保護(hù)，過(guò)電流保護(hù)，欠壓保護(hù)和兩級(jí)熱保護(hù)。此外，它還有一個(gè)限流電路，可以防止在負(fù)載瞬變過(guò)程中設(shè)備因“錯(cuò)誤”而關(guān)斷，比如電機(jī)啟動(dòng)過(guò)程（相當(dāng)于使用慢速熔斷器而不是快速熔斷器）?？?a target="_blank">編程過(guò)電流探測(cè)器可以調(diào)節(jié)電流限制和保護(hù)水平，以滿足不同的電機(jī)要求。

該系列產(chǎn)品的每個(gè)半橋都有獨(dú)立的電源和接地引腳，這樣就可以通過(guò)外部分流電阻對(duì)電流進(jìn)行測(cè)量，并且支持由不同電源電壓供電的多個(gè)電機(jī)同時(shí)使用。當(dāng)兩個(gè)電機(jī)因尺寸不同而需要不同的電源電壓時(shí)，這樣的設(shè)計(jì)是非常有用的，例如廣告顯示屏需要小型電機(jī)揮動(dòng)引人注目的標(biāo)志，同時(shí)需要更大的電機(jī)來(lái)旋轉(zhuǎn)整個(gè)顯示器。

總結(jié)：

毫無(wú)疑問(wèn)，由于許多可靠的技術(shù)原因，直流供電的有刷電機(jī)在很大程度上已經(jīng)被電子控制的無(wú)刷電機(jī)取代。盡管如此，在要求不高，對(duì)成本敏感的應(yīng)用或者要求有限的情況下，有刷電機(jī)仍然是一個(gè)有效的方案。通過(guò)將有刷電機(jī)與基本電機(jī)驅(qū)動(dòng)器IC相結(jié)合，有刷電機(jī)和最終產(chǎn)品就可以實(shí)現(xiàn)許多額外的操作并且擁有更好的保護(hù)措施。顯然，在沒(méi)有查看BDC電機(jī)的設(shè)計(jì)目標(biāo)和屬性的情況下就認(rèn)為無(wú)刷電機(jī)是正確的選擇，這樣的想法是目光短淺的表現(xiàn)。