理論上電動(dòng)機(jī)如何工作

電，磁和運(yùn)動(dòng)之間的聯(lián)系最初是由法國(guó)物理學(xué)家安德烈·瑪麗·安培 (André- MarieAmpère，1775-1867年)發(fā)現(xiàn)的，這是電動(dòng)機(jī)的基礎(chǔ)科學(xué)。但是，如果我們想將這一驚人的科學(xué)發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)化為更實(shí)用的技術(shù)來為我們的電動(dòng)割草機(jī)和牙刷提供動(dòng)力，我們必須將其進(jìn)一步發(fā)展。發(fā)明者是英國(guó)人邁克爾·法拉第(Michael Faraday，1791-1867年)和威廉·斯特金(William Sturgeon，1783-1850年)和美國(guó)人 約瑟夫·亨利(Joseph Henry，7977-1878年)。這就是他們?nèi)绾螌?shí)現(xiàn)他們的杰出發(fā)明。

假設(shè)我們將電線彎曲成方形的U形環(huán)，那么實(shí)際上有兩條平行的電線穿過磁場(chǎng)。其中一個(gè)通過導(dǎo)線將電流帶離我們，而另一個(gè)則將電流再次帶回。因?yàn)殡娏髟陔娋€中以相反的方向流動(dòng)，所以弗萊明的左手定律告訴我們兩條電線將以相反的方向運(yùn)動(dòng)。換句話說，當(dāng)我們接通電源時(shí)，其中一根電線將向上移動(dòng)，而另一根電線將向下移動(dòng)。

如果線圈能夠繼續(xù)這樣運(yùn)動(dòng)，它將連續(xù)旋轉(zhuǎn)-我們將在制造電動(dòng)機(jī)的道路上步入正軌。但這對(duì)于我們目前的設(shè)置是不可能發(fā)生的：電線會(huì)很快纏結(jié)在一起。不僅如此，如果線圈旋轉(zhuǎn)得足夠遠(yuǎn)，還會(huì)發(fā)生其他情況。一旦線圈到達(dá)垂直位置，它將翻轉(zhuǎn)，因此電流將以相反的方式流過它?，F(xiàn)在，線圈兩側(cè)的力將反向。與其沿相同方向連續(xù)旋轉(zhuǎn)，不如沿原來的方向移動(dòng)!想象一下像這樣的帶有電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)火車：它會(huì)一直在現(xiàn)場(chǎng)前后移動(dòng)，而無需實(shí)際行駛。

在實(shí)踐中電動(dòng)機(jī)如何工作

有兩種方法可以解決此問題。一種是使用一種周期性地反轉(zhuǎn)方向的電流，稱為交流電(AC)。對(duì)于我們?cè)诩彝ブ惺褂玫碾姵毓╇姷男⌒碗妱?dòng)機(jī)，一種更好的解決方案是添加一個(gè)稱為換向器的組件到線圈的兩端。(不必?fù)?dān)心毫無意義的技術(shù)名稱：這個(gè)稍稍過時(shí)的單詞“ commutation”有點(diǎn)像“ commute”一詞。它只是意味著來回更改，就像通勤意味著來回旅行一樣。)換向器是最簡(jiǎn)單的形式，它是一個(gè)分為兩個(gè)獨(dú)立的兩半的金屬環(huán)，其作用是每次線圈旋轉(zhuǎn)半圈時(shí)使線圈中的電流反向。線圈的一端連接到換向器的每一半。來自電池的電流連接到電動(dòng)機(jī)的電端子。它們通過一對(duì)稱為電刷的松散連接器將電力饋入換向器，由石墨片(類似于鉛筆“鉛”的軟碳”)或細(xì)長(zhǎng)的彈性金屬制成(如其名稱所示)，該金屬“刷”在換向器上。將換向器安裝到位，當(dāng)電流流過電路時(shí)，線圈將沿相同方向連續(xù)旋轉(zhuǎn)。

像這樣的簡(jiǎn)單實(shí)驗(yàn)電動(dòng)機(jī)無法產(chǎn)生很多功率。我們可以通過三種方式增加電動(dòng)機(jī)可以產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)力(或轉(zhuǎn)矩)：或者可以使用功能更強(qiáng)大的永磁體，或者可以增加流過電線的電流，或者可以制造線圈，從而達(dá)到以下目的：許多“轉(zhuǎn)”(圈)的非常細(xì)的線，而不是一“轉(zhuǎn)”的粗線。實(shí)際上，電動(dòng)機(jī)還具有彎曲成圓形的永磁體，因此它幾乎接觸在其內(nèi)部旋轉(zhuǎn)的電線線圈。磁鐵和線圈之間的距離越近，電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的力就越大。

盡管我們描述了許多不同的部分，但您可以將電動(dòng)機(jī)視為只有兩個(gè)基本組件：

電機(jī)外殼邊緣周圍有一個(gè)或多個(gè)永磁體，它們保持靜態(tài)，因此被稱為電機(jī)定子。

定子內(nèi)部有一個(gè)線圈，該線圈安裝在高速旋轉(zhuǎn)的軸上，這稱為轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子還包括換向器。

通用電機(jī)

這樣的直流電動(dòng)機(jī)非常適合電池供電的玩具(例如火車模型，無線電遙控汽車或電動(dòng)剃須刀之類的東西)，但是在許多家用電器中卻找不到它們。小型電器(如咖啡研磨機(jī)或電動(dòng)食物攪拌機(jī)之類的東西)傾向于使用所謂的通用電動(dòng)機(jī)，該電動(dòng)機(jī)可以由交流或直流電供電。與簡(jiǎn)單的直流電動(dòng)機(jī)不同，通用電動(dòng)機(jī)具有電磁體，而不是永磁體，它從您輸入的直流或交流電源中獲取電力：

當(dāng)您輸入直流電時(shí)，電磁體的工作原理類似于傳統(tǒng)的永磁體，并且會(huì)產(chǎn)生始終指向同一方向的磁場(chǎng)。就像在簡(jiǎn)單的直流電動(dòng)機(jī)中一樣，每次線圈翻轉(zhuǎn)時(shí)，換向器都會(huì)使線圈電流反向，因此線圈始終沿相同方向旋轉(zhuǎn)。

但是，當(dāng)您輸入交流電時(shí)，流經(jīng)電磁鐵的電流和流經(jīng)線圈的電流都會(huì)正好相反地反向，因此線圈上的力始終在同一方向上，并且電動(dòng)機(jī)始終沿順時(shí)針方向或反方向旋轉(zhuǎn)。順時(shí)針。換向器呢?電流的頻率變化遠(yuǎn)快于電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度，并且由于磁場(chǎng)和電流始終是同步的，因此在任何給定的時(shí)刻，換向器所處的位置實(shí)際上并不重要。

其他種類的電動(dòng)機(jī)

在簡(jiǎn)單的直流和通用電動(dòng)機(jī)中，轉(zhuǎn)子在定子內(nèi)部旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子是連接到電源的線圈，而定子是永磁體或電磁體。大型交流電動(dòng)機(jī)(用于工廠機(jī)器等)的工作方式略有不同：它們使交流電通過相對(duì)的磁鐵對(duì)以產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，從而在電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子中“感應(yīng)”(產(chǎn)生)磁場(chǎng)，從而導(dǎo)致它旋轉(zhuǎn)。您可以在我們有關(guān)交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的文章中了解更多信息。如果您使用其中一臺(tái)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)并對(duì)其“展開”，那么定子將有效地布置在較長(zhǎng)的連續(xù)軌道中，轉(zhuǎn)子可以沿其沿直線滾動(dòng)。這種巧妙的設(shè)計(jì)被稱為線性電動(dòng)機(jī)，您會(huì)在工廠機(jī)器和浮動(dòng)的“磁懸浮”(磁懸浮)鐵路中找到它。

另一個(gè)有趣的設(shè)計(jì)是無刷直流(BLDC)電機(jī)。定子和轉(zhuǎn)子有效地互換，在中心處有多個(gè)固定的鐵線圈，永磁體圍繞它們旋轉(zhuǎn)，換向器和電刷由電子電路取代。您可以在我們有關(guān)輪轂電機(jī)的主要文章中閱讀更多內(nèi)容。 步進(jìn)電機(jī)可以精確控制角度旋轉(zhuǎn)，是無刷直流電機(jī)的一種變體。了解更多電機(jī)專業(yè)知識(shí)及技巧，可加入電機(jī)行業(yè)內(nèi)qq群136274082，業(yè)內(nèi)專業(yè)老師傅解答。