有刷直流电机是结构最简单、成本最低的直流电机：定子用永磁体建立磁场，转子（电枢）绕组通过电刷与换向器完成机械换向。它至今仍大量出现在玩具、小家电与汽车辅助系统中，代价是电刷磨损带来的维护与寿命问题。
结构组成
| 部件 | 作用 |
|---|---|
| 定子磁体 | 永磁体（铁氧体 / 钕铁硼）建立主磁场 |
| 电枢绕组 | 转子上的线圈，通电后受电磁力产生转矩 |
| 换向器 | 随转子旋转的铜质弧形片段，按位置切换绕组电流方向 |
| 电刷 | 石墨电刷压在换向器上，把电流从静止电源送入旋转绕组 |
| 端盖与轴承 | 支撑转子，含电刷压紧弹簧 |
工作原理
电刷把直流电流经换向器送入电枢绕组，通电导体在磁场中受力旋转；转子每转过一定角度，换向器就把绕组电流方向切换一次，保证转矩方向不变——这就是「机械换向」。换向瞬间绕组断开电流会产生火花，这是有刷电机电磁干扰与电刷磨损的直接来源。电机能量转换的通识背景见 电机是什么。
特性曲线
有刷直流电机的稳态特性近似线性（M1 阶段用典型参数刻画，数值随型号不同）：
| 特性 | 典型规律 |
|---|---|
| 转速 – 转矩 | 近似直线下降：空载转速最高，堵转转速为 0 |
| 电流 – 转矩 | 近似正比：转矩越大电流越大，堵转电流最大 |
| 效率 | 40%–70%（小功率偏低），额定工况附近最高 |
| 转速 | 空载可达 3000–20000 rpm（微型电机更高） |
机械功率仍满足 P(kW) = T(N·m) × n(rpm) / 9550，互算可用功率·转矩·转速计算。
优缺点
| 优点 | 缺点 |
|---|---|
| 驱动与控制最简单（调压即调速） | 电刷磨损，需定期维护更换 |
| 成本最低 | 寿命受电刷限制 |
| 启动转矩较大、低速可运行 | 换向火花带来电磁干扰 |
| 直接用电池供电 | 效率偏低、发热较大 |
控制方式
- 调速：PWM 占空比调节平均电压，是最常用方式；
- 换向：H 桥交换电源极性即可正反转；
- 稳速：开环调压为主，需要恒速可加转速反馈（如测速盘），但一般不如直接换无刷方案。
直流与交流供电方式的对比见 直流、交流、单相与三相。
典型应用
- 家电与电动工具：小型风机、搅拌器、电动螺丝刀；
- 玩具与模型：四轮驱动车、遥控模型；
- 汽车辅助系统：雨刮、车窗升降、座椅调节；
- 直流继电器执行机构与小型传送带。
关键参数
| 参数 | 符号 | 单位 | 典型范围 | 说明 |
|---|---|---|---|---|
| 额定功率 | P | W | 0.1 – 10000 | 玩具级到汽车辅助级 |
| 额定电压 | U | V | 1.5 – 220 | 常见 3/6/12/24/90 V |
| 空载转速 | n₀ | rpm | 3000 – 20000 | 微型电机可更高 |
| 电刷寿命 | — | h | 1000 – 3000 | 典型值，随厂家差异大 |
| 效率 | η | % | 40 – 70 | 小功率偏低 |
选型注意
- 寿命预算：把电刷寿命折算成运行小时，留出 1.5–2 倍余量，频繁启停会加速磨损；
- 调速优先用 PWM：比串电阻调速效率高得多，电机不发热加剧；
- 环境限制：粉尘、易燃气体环境不宜用（火花风险），此类场景应改选无刷或防爆类型；
- 堵转保护：堵转电流可达额定数倍，驱动电路必须有限流或熔断保护；
- 功率与转矩核算可用功率·转矩·转速计算，类型级取舍可先用电机选型向导初筛。
常见故障
- 电刷磨损：火花增大、转速不稳、转矩下降——定期更换电刷；
- 换向器氧化/积碳：接触电阻变大，运行断续——清洁或车削换向器；
- 电枢绕组短路：电流异常增大、过热、转速无力——多为过载或过热后遗症；
- 轴承异响：振动与噪声增大，需更换轴承。
相关阅读
常见问答（电池直驱、电刷寿命、有刷/无刷取舍）见页面底部 FAQ。延伸阅读：