1. 无刷电动机的基础
无刷电动机，正如其名，是“无刷”的电动机。
本章将介绍从无刷电动机的原型——DC电动机和无刷电动机的结构和原理，到特性等。
1-1. 直流电动机的结构
直流电动机，顾名思义，是施加直流电压使其旋转的电动机。
定子（固定子）上安装有永久磁石，中央配置有绕线的转子（回转子）。
转子上有多组绕线，绕线的两端连接到整流子，结构与电刷（电极）接触。
1-2. 直流电动机的旋转原理
直流电动机的旋转原理可以用弗莱明左手定则来解释。
下图是直流电动机的简化模型。
N极和S极相对配置了一对永久磁石。
在永久磁石之间有一圈线圈，线圈以一点为轴可以自由旋转。
线圈的两端安装有整流子，电刷接触整流子。
电刷连接直流电源，电流从正极（正极）供给，通过线圈流向负极（负极）。
在磁场中配置的线圈通过电刷和整流子通电，根据弗莱明左手定则，N极侧的导体朝上，S极侧的导体朝下受到电磁力作用，线圈按顺时针方向旋转。
当线圈旋转接近90°时，整流子与电刷不再接触，电流停止流动，但线圈由于惯性继续旋转。
由于线圈的惯性，整流子再次与电刷接触，电流流动，产生顺时针方向的电磁力。
直流电动机通过电刷与整流子的切换，改变线圈中的电流方向，使线圈受到一定方向的力，从而继续旋转。
1-3. 直流电动机的转速-转矩特性
下图是给电动机施加一定电压时，直流电动机的转速-转矩特性。
纵轴是负载转矩（电动机承受的负载大小），横轴是电动机的转速。
V1、V2、V3表示施加到电动机上的电压。
由于转矩与电流成正比，提高施加电压，电动机电流增加，转矩增大。
当负载转矩TL一定时，将施加电压从V1变为V2、V3，转速从N1变为N2、N3。
当施加电压为V1且负载转矩为T1时，电动机以速度Ns旋转，但负载增加到T2时，电动机停止。在这种情况下，将施加电压变为V2，可以在速度Ns下旋转。
这样，直流电动机可以通过调整电压来控制速度，以适应负载的变化。
1-4. 直流电动机的总结
优点
- 只需要两根引线，施加直流电压即可旋转
- 反转电源极性，旋转方向也会反转
- 使用永久磁石，体积小，重量轻，效率高
- 起动转矩大，控制性好
- 对电压（电流）而言，速度和转矩成正比
- 可以用干电池或电池驱动
- 价格低廉
缺点
- 电刷磨损导致寿命短
- 产生机械摩擦音
- 产生电气噪声
直流电动机只需连接直流电源即可轻松使用，因此在多种多样的应用中使用。
然而，由于电刷和整流子的摩擦，电刷会磨损，因此需要定期进行磨损物清理和电刷更换等维护。
当电动机使用数量增多时，维护工作量会增加，因此需要维护-free且寿命长的电动机。
直流电动机保持其良好的控制性，将导致缺点的电刷和整流子替换为电子部件的电动机称为无刷电动机。
