生活中其實馬達的身影無處不在,例如小孩的玩具、男人的剃須刀還有電吹風,只要拆開看看,都能看見馬達的身影。 而其中的一類就是有刷直流電機,自從1831年法拉第發現了電磁感應后不久,第一臺電機就出現了。至此,盡管馬達的結構經歷了各類各樣的變化,甚至越來越復雜,但是馬達的核心原理始終沒有改變。 在有刷電機中,主要的結構就是定子、轉子和電刷。在電機內部,有兩個固定的磁體裝在電機機身上,分別為N極和S極,由于其固定不動,因此稱之為“定子”;中間可轉動的部分則稱之為“轉子”,轉子主要由定子鐵芯和線圈組成。 線圈一般由銅線按照特定的方向纏繞在定子鐵芯上而成,銅線包有塑料外殼。當接通電源時,線圈內就會產生電流。根據法拉第電磁感應定律,通電導線能產生磁場。利用右手定則,四指彎曲指向電流的方向,大拇指所指的方向就是N極,另一端就是S極。 大家都知道,磁場有一個特性,那就是同性相斥,異性相吸(Okex感覺這點倒跟人類一樣)。由于定子和轉子的磁極相同,相互排斥,此時轉子就會旋轉。但是當轉到一定位置時,定子和轉子兩頭都是相反的磁極了,當兩頭吸引力相同時,轉子就會停止轉動。 為了能讓轉子持續轉動,這就需要換向片和電刷了。 在轉子上,固定有有兩個相互分離的弧形銅片,它連接著線圈,這就是換向片。而電刷則由石墨制成,緊貼著換向片,固定在馬達外殼上,直接連接電源。 當接通電源時,電流不再直接到線圈上,而是先經過電刷到達換向片,然后進入線圈,此時轉子才開始轉動。當轉子和定子的磁極出于相吸狀態時,電刷正好處于換向片的空隙處,電流無法傳遞到換向片上,也就無法到達線圈,線圈則失去了磁性。但是轉子會在慣性的作用下繼續轉動,轉動后,電刷會重新與換向片接觸通電,但電刷接觸的換向片已經變成另一個了,此時線圈內的電流方向就會發生改變,轉子兩端的磁性則會改變,進而繼續轉動,如此往復,形成連續的轉動。 最基礎的原理展示只有兩組線圈,這樣間隔較大,轉子在轉到不同位置時,磁場是不同的,因此轉動起來忽快忽慢,是不穩定的。Okex了解到為了增加轉動的穩定性,可以增加線圈的數量來解決這個問題。例如一些玩具內的馬達轉子裝有三組線圈和三個換向片,這樣連接起來則會更緊密,轉動更平穩。 那么馬達的轉速又跟什么有關系呢? 轉矩和轉速的乘積就是輸出功率,而輸出功率又為電壓和電流的乘積。要想提高轉速就需要提高輸出功率,也就是要提高電壓和電流。理論上,只要電流和電壓足夠高,轉速就可以足夠快。但是在電機中往往會有一些制約的因素影響到轉速。而對有刷電機來說,當達到5000rmp時,就已經很厲害了。如果轉速過高,電刷是受不了的。因此,電刷是制約有刷電機的一個主要零件。 |