直流電動馬達由直流電驅動電池或外部電源為其供電。在最簡單的直流電動機中，定子為永久磁鐵(即N極和S極外殼)，轉子是通電而形成的電磁體(即電樞)，電流透過碳刷和一個換向器作用於轉動的線圈。由於電流作用於線圈，線圈變成磁鐵。同級相斥異極相吸，線圈總是向異極靠近，在向異極靠近後(靠近到異極磁體的中間位置)，由於換向器，致使線圈電流反向，線圈磁鐵方向發生變化，線圈繼續向異極靠近。

電刷上設定的彈簧壓力保證了電刷能一直與換向器接觸

只採用一個電樞會使馬達運轉不規則，還有可能在換向器縫隙中間的位置卡住。為了使馬達更平穩快速地運轉，增加電樞數量和轉子鐵芯以及換向器數量

為了提高馬達轉矩，我們需要增強磁性，已知纏繞的電線越多電磁鐵磁性越強，由此我們可以增強電樞的電線數量，如下

如下，則為一般使用的直流有刷馬達實體圖。纏繞金屬線越多，磁性越強。

直流馬達的缺點是碳刷會磨損，形成的碳塵粒可能會造成短路。此外，直流馬達噪音也比較大

驅動方式分為實體開關驅動與電子開關驅動(H橋)

為了讓上管NMOS導通後不會因為S端電壓升高而關斷，就要驅使G端電壓和S端一起升高，確保上橋能持續導通，為了實現這個功能我們可以使用國外晶片IR2103和國產EG3013，或者是分立元件來搭建

以下為分立元件所建構的自舉升壓電路。假設自舉電容在上一周期中已經充滿電14V，H橋上橋還未導通。第一種情況當PWM為1時，Q1導通使得C1電壓為低，從而使得Q2B端電壓也為低，Q2導通，此時Q2 E端電壓為14V，14V從E走到C又經過D2和R4，最終走到MOS管的G端，大約為12V，所以自舉電路電路2V。 D2電壓為左高右低，所以Q3 VB大於VE，Q3斷開。此時MOS管導通，VM的24V加到S端，而S端又與電容右端相連，所以電容右端被抬高到24V，我們知道電容有保持兩端壓差不變的特性，所以電容左端電壓會被一起抬高到38V，這個38V會經過Q2 D2 R4持續給MOS G端供電，保持上橋導通，但是電容維持時間有限，電容保存的電荷持續輸出給MOS管的G端導致電荷量下降，電容電壓也會跟著下降，最終電荷釋放殆盡，MOS就會斷開，自舉就失效了。

所以接下來PWM為0就要給電容充電；PWM由1變為0，Q1斷開，Q2 BE沒有了電流路徑，Q2斷開 ，自舉電容的放電路徑被切斷，但是這時MOS的G端還保存了一定量的電荷，也就是12V，12V會讓Q3導通，Q333導通後端，G端的電荷，也就是12V，12V會讓Q3導通，Q3了後端，G端的電導率。由於馬達是感性負載，需要續流，剛才上橋導通電流由Q1流向Q4，上橋斷開後因為馬達的續流作用，電流會保持之前的不變，此時下橋的體二極管導通，為馬達提供續流路徑，由於體二極管的導通，導致自舉電容的右端電壓為-0.7V，此時14VV電源電源。

自舉升壓整合晶片也叫半橋驅動或閘極驅動，以EG3013為例，耐壓高達100V(即HO輸出電壓)。內建死區控制電路(即使HIN和LIN同時有效，晶片也可以防止HO和LO同時輸出高電位)

下圖為例一個晶片驅動一個半橋，驅動H橋需要兩個晶片，驅動三相全橋需要三個晶片

HIN輸入的必須是PWM電波(佔空比小於96%)，PWM波高電位期間，HO輸出電壓高達VCC+VIN，此時上橋導通。在PWM低電位期間，HO輸出0V，此時上橋關閉。 LIN只需要接普通的IO口即可，當LIN為0V時，LO輸出電壓就為15V，此時下橋導通，LIN為3.3V時，LO輸出為0V，下橋關閉。 D1和D2用來加速MOS管關斷。電容C2為自舉電容，耐壓比VCC15V大一點即可，容值要夠大才能夠維持HO輸出高電位。 VCC比MOS管G端高1-2V即可

當開關頻率夠高時，就需要外接一個快恢復二極體

以下為只控制馬達開關的電路

直流馬達在運轉時，電刷上會有火花，這些火花會對外在釋放電磁波。為了消除火花，消除電磁波對其他電路的影響，可以在馬達兩端並聯一個電容，來吸收換向器換相時產生的火花。

以下為用圖騰柱電路(推挽電路)搭建的使用PWM波控制馬達轉速的電路(不能控制正反轉)

電阻R14是為了讓Cgs的電容可以釋放到0V，確保關閉了MOS管

以下為全橋控制電路圖，利用的HT7K1201或IRS2104晶片。

以下為使用L298N搭建的電路，L298N晶片集成了MOS管，不需要再設置分立元件，且其內部集成了兩個H橋，可以同時控制兩個電機(適用於要求不高，電流較小的場合，額定功率25W，額定工作電壓在5V-35V，額定電流2A，最大3A)

二極體D1~D8均為續流作用。由於使用PWM控制，開關頻率比較高，所以使用蕭特基二極體來進行續流

選擇馬達驅動時，電壓夠用就可以，電流越大越好。如果只需要馬達單向旋轉，使用MOS管模組更好，MOS管模組可以跑的電流大，便宜。

他勵直流馬達：勵磁繞組與電樞繞組分別由兩個獨立的直流電源供電。其特點是勵磁電流不受電樞電流影響，透過調節勵磁電流和電樞電壓，可以方便地實現馬達的調速和控制，常用於對調速性能要求較高的場合，如工具機、電梯等。

並勵直流馬達：勵磁繞組與電樞繞組並聯，由同一電源供電。這種馬達的勵磁電流較小，具有較好的自勵特性，轉速基本上保持恆定，但調速範圍相對較窄，常用於對轉速穩定性要求較高的設備，如紡織機械等。

串勵直流馬達：勵磁繞組與電樞繞組串聯，其特徵是起動轉矩大，過載能力強，但轉速隨負載變化較大，機械特性較軟，常用於需要較大起動轉矩的場合，如電動車輛、起重機等。

複勵直流馬達：馬達中既有並勵繞組又有串勵繞組，結合了並勵和串勵馬達的特點，根據並勵和串勵繞組的匝數比例不同，可分為積復勵和差復勵兩種。積復勵馬達具有較好的起動性能和調速性能，常用於對起動和調速要求較高的場合，如電力機車等​​。

星型連接：將三相繞組的一端連接在一起形成中性點，另一端作為引線，形狀類似字母「Y」。

三角形連接：把三相繞組依序首尾相連，形成一個封閉的三角形，從三個連接點引出三條線。

星型連接：每相繞組承受的電壓是相電壓，線電壓是相電壓的√3 倍。以線電壓為380V 的電源為例，相電壓則為220V。

三角形連接：每相繞組承受的電壓等於線電壓。同樣對於線電壓為380V 的電源，相繞組承受的電壓也是380V。

星型連接：線電流等於相電流。因為在星型連接中，線電流直接流過相繞組。

三角形連接：線電流是相位電流的√3 倍。這是由於繞組首尾相連的結構，線電流是兩個相電流的向量和。

星型連接：在相同的線電壓下，由於相電壓較低，相電流也相對較小，因此馬達輸出的功率相對較小。

三角形連接：相繞組承受的電壓較高，相電流較大，馬達輸出的功率也較大。所以在需要較大功率輸出時，常會採用三角形連接。

星型連接：啟動電流相對較小，對電網的衝擊也較小，但啟動轉矩也相對較小。適用於輕載啟動的場合。

三角形連接：啟動電流較大，能產生較大的啟動轉矩，適合重載啟動的情況，但過大的啟動電流可能會對電網造成一定的衝擊。

星型連接：常用於對啟動電流要求嚴格、負載較輕且變化不大的場合，如小型風扇、水泵等。

三角形連接：適用於需要較大功率輸出、負載較重的設備，如工業中的大型壓縮機、工具機等。

控制器發出控制指令，指定馬達的轉速、位置或轉矩等目標值。

功率驅動裝置將控制器輸出的弱電訊號放大，為伺服馬達提供足夠的電能，驅動馬達運轉。

回饋裝置（如編碼器）即時監控伺服馬達的實際運作狀態（如轉速、位置等），並將這些資訊回饋給控制器。

控制器將回饋值與目標值進行比較，計算出偏差，然後根據一定的控制演算法調整控制訊號，不斷減少偏差，使伺服馬達準確地達到並保持在目標狀態。

產生任意方向的磁場：剛才我們用MOS管的6中不同開關狀態合成了六個方向不同的磁場。當我們給V1方式通電0.5ms，給V2方式通電0.5ms，那磁鐵就會在V1和V2方向來回擺動。只要磁場切換的夠快，超過磁場反應時間，磁鐵就會停在V1​​和V2中間不動了，這樣就等效於我們合成了一個新的磁場。調整V1和V2在一個時間週期佔據的時間比例，我們就可以在V1到V2這個區間內合成出任意方向的磁場了，如下圖三。利用同樣的方法就可以合成360度任意方向的磁場

接下來就用這個方向和強度都可控的磁場來控制磁鐵轉動了。一般你想到的是讓磁鐵轉到哪裡就產生什麼方向的磁場，但其實不是如此。首先我們要透過感測器來偵測目前磁鐵的位置，然後產生於一個永遠垂直於這個磁鐵方向的磁場，如下，這個磁場會吸引磁鐵靠近它，只要磁鐵轉動一點點，磁場也要跟著它轉動一點點，永遠讓它們保持垂直，這是因為這樣產生的作用力最大。

有了上述思想之後，我們唯一能夠調節的參數就是磁場強度了，透過控制磁場強度，我們就可以任意的控制無刷馬達的位置，轉速及扭矩了。例如想讓它轉的快一點磁場強度就強一點，想讓它突然停下來就施加一個值為負的磁場，等磁鐵停下來就使磁場值為0.

以上就是FOC演算法的基礎。以下為完整的FOC閉環控制結構。

1. 定子線圈中的交流電不在同一個相位流動(即交替接通，如上圖)，產生圍繞線圈的旋轉磁場

2. 旋轉磁場使轉子產生電流

3. 產生的電流形成另一個圍繞轉子的磁場

4. 兩個磁場相互作用，轉子試圖與外部磁場保持一致。

定子：定子上有主繞組（運行繞組，如下圖一對黃色線圈）和副繞組（啟動繞組，如下圖一對紅色線圈），這兩個繞組在空間上通常相差一定的角度放置（一般為90° 電角度）。主繞組直接連接單相交流電源，副繞組則以電容或其他方式與電源相連，其作用是在啟動時產生輔助的磁場。

轉子：轉子採用鼠籠結構，它由許多導條和短路環組成，導條均勻地分佈在轉子鐵芯的槽內，兩端用短路環連接起來，形似鼠籠。

交變磁場的產生：當單相交流電源連接到主繞組時，主繞組中會流過交變電流，該電流會在馬達內部產生一個以正弦規律變化的脈動磁場。這個脈動磁場可以分解為兩個大小相等、轉速相同但旋轉方向相反的旋轉磁場。

轉子感應電流的產生：由於這兩個旋轉磁場與靜止的轉子之間存在相對運動，根據電磁感應原理，轉子導條會切割磁力線，從而在導條中產生感應電動勢和感應電流。

電磁轉矩的產生：轉子導條中的感應電流與旋轉磁場相互作用，會產生電磁力，這些電磁力對轉子軸心形成電磁轉矩。由於兩個旋轉磁場方向相反，它們產生的電磁轉矩大小相等、方向相反，合成轉矩為零，所以馬達在靜止狀態下沒有啟動轉矩，無法自行啟動。

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