1.有刷电动机的工作原理

下面以有刷电动机的工作模型为例，阐述有刷电动机的工作原理。直流有刷电动机的物理模型如图6-2所示。

图6-1　有刷有齿电动机在电动三轮车上的安装位置

图6-2　直流有刷电动机的物理模型

直流有刷电动机主要由线圈、磁体、换向器和电刷等构成。

有刷电动机工作原理的理论依据是通电导线在磁场中运动将受到磁场力的作用。导线受力方向可由左手定则来判定：伸开左手大拇指与其余四指垂直，让手心垂直迎向磁力线，四指指向电流方向，那么大拇指所指的方向就是导线在磁场中的受力方向。

有刷电动机的磁钢安装在定子上，工作时磁钢和电刷不转，转子、线圈和换向器旋转。其中，固定部分有磁铁，这里称作主磁极；固定部分还有电刷。转动部分是线圈。

为了实现连续转动，必须使线圈到平衡位置时改变电流方向，因此就需要有换向器才行。换向器实际上是多个彼此绝缘的铜半环换向片组成，换向片之间互相绝缘，由换向片构成的整体称为换向器。换向器随线圈一起转动，其作用是每当线圈转过平衡位置时，就能自动改变线圈中电流的方向，使线圈沿同一方向持续转动下去。

换向器固定在转轴上，换向片与转轴之间也互相绝缘。在换向片上放置着一对固定不动的电刷，当电枢旋转时，电枢线圈通过换向片和电刷与外电路接通。

将线圈通电，通电导线周围会产生磁场，则两对磁极之间产生相互作用，从而使转子线圈产生转动，但当转至相吸位置时，转子不能再继续转动。(www.daowen.com)

通过换向器反复切断转子电流和切换转子电流方向来实现转子的连续旋转。当定子磁场与转子磁场接近相吸位置时，切断转子线圈电流使转子磁场消失，则转子线圈在惯性作用下继续旋转，然后通入反向电流，使转子线圈的磁场极性与前次相反，使转子线圈在磁场力的作用下继续旋转。

实际中直流电动机转子上的绕组也不是由一个线圈构成，一个线圈在磁场中产生的转矩很小，而且转速不平稳，因此电枢绕组是由多个线圈连接而成的，以减少电动机电磁转矩的波动，达到增大转矩、实现起动的目的。

电动三轮车用有刷电动机的电刷一般有两个或四个，换向片与线圈有很多组，这样电动机运转时就更平稳，效率更高。

由于电刷和换向器的存在，有刷电动机有以下致命的弱点：结构复杂、可靠性差、故障多、需要维护、电刷使用寿命短、换向火花易形成电磁干扰。

直流电动机的工作原理归纳如下：外加的电源是直流的，但由于电刷和换向器的作用，在线圈中流过的电流是交流的，其产生转矩的方向却是不变的。

2.电动三轮车用有刷有齿电动机特性

（1）有刷有齿直流电动机工作原理

有刷有齿直流电动机的定子由凸极铁心和励磁绕组组成，转子由铁心、电枢绕组、换向器及转轴等组成。励磁绕组与电枢绕组之间通过电刷和换向器形成串联回路。有刷有齿直流电动机旋转原理是通电导线在磁场中会受到力的作用。

有刷有齿直流电动机的定子和转子分别采用了绕组，并且两个绕组串联使用，没有磁铁。有刷有齿直流电动机的励磁绕组与转子绕组之间通过电刷和换向器相串联，励磁电流与电枢电流成正比，定子的磁通量随着励磁电流的增大而增大，转矩近似与电枢电流的平方成正比，转速随转矩或电流的增加而迅速下降。有刷有齿直流电动机的起动转矩可达额定转矩的5倍以上，短时间过载转矩可达额定转矩的4倍以上，转速变化率较大，空载转速甚高，一般不允许其在空载状态下运行。可通过用外用电阻器与串励绕组串联或并联或将串励绕组并联换接来实现调速。串励直流电动机最高空载转速可达16000r/min。因此，有刷有齿直流电动机具有起动转矩大、过载能力强、调速范围广等优点，因而被广泛应用于各种需要频繁起动和调速的场合。

（2）有刷有齿直流电动机调速原理

在有刷有齿直流电动机机械负载不变的条件下，人为调节电动机转速的操作叫做调速。有刷有齿直流电动机的转速与电枢电流的变化关系，可根据直流电动机的电势平衡方程式求得。影响有刷有齿直流电动机转速的三个因素是电源电压、串接在电枢回路中的电阻、电动机气隙主磁通。只要改变以上三个因素中的任何一个，都能达到调节有刷有齿直流电动机转速的目的。