由： 馬歇爾大腦 & 克里斯汀·霍爾-蓋斯勒

　　電動(dòng)機(jī)無(wú)處不在。 道威爾/蓋蒂圖片社

　　電動(dòng)機(jī)無(wú)處不在!在你的房子里，你周圍看到的幾乎所有機(jī)械運(yùn)動(dòng)都是由交流(交流電)或直流(直流)電動(dòng)機(jī)引起的。在本文中，我們將介紹這兩種類型。

　　通過(guò)了解電機(jī)的工作原理，您可以學(xué)到很多關(guān)于磁鐵、電磁鐵和電的知識(shí)。電動(dòng)機(jī)使用 磁鐵 以創(chuàng)建運(yùn)動(dòng)。如果你曾經(jīng)玩過(guò)磁鐵，你就會(huì)知道所有磁鐵的基本定律：異性相吸并喜歡排斥。

　　因此，如果你有兩個(gè)條形磁鐵，它們的末端標(biāo)記為“北”和“南”，那么一個(gè)磁鐵的北端將吸引另一個(gè)磁鐵的南端。另一方面，一個(gè)磁鐵的北端將排斥另一個(gè)磁鐵的北端(而南端將排斥南端)。在電動(dòng)機(jī)內(nèi)部，這些吸引和排斥力會(huì)產(chǎn)生 旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng).

　　電機(jī)內(nèi)部

　　您可能會(huì)驚訝地發(fā)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)完成了多少工作。

　　如何工作要了解電動(dòng)機(jī)的工作原理，關(guān)鍵是要了解電磁鐵的工作原理。(有關(guān)完整詳細(xì)信息，請(qǐng)參閱電磁鐵的工作原理。

　　電磁鐵是電動(dòng)機(jī)的基礎(chǔ)。假設(shè)您通過(guò)將 100 圈電線纏繞在釘子上并將其連接到 電池.當(dāng)電池連接時(shí)，釘子會(huì)變成磁鐵并具有北極和南極。

　　現(xiàn)在假設(shè)你拿起你的指甲電磁鐵，從中間運(yùn)行一個(gè)軸，然后將其懸掛在馬蹄形磁鐵的中間，如圖所示。如果你把電池連接到電磁鐵上，使釘子的北端如圖所示，磁學(xué)的基本定律告訴你會(huì)發(fā)生什么：電磁鐵的北端將從馬蹄形磁鐵的北端排斥，并被吸引到馬蹄形磁鐵的南端。電磁鐵的南端將以類似的方式被排斥。釘子會(huì)移動(dòng)半圈，然后停在所示位置。

　　你通過(guò)改變電子的方向來(lái)翻轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。

　　如何工作

　　電動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵是更進(jìn)一步，以便在這半圈運(yùn)動(dòng)完成的那一刻，電磁鐵的磁場(chǎng) 翻轉(zhuǎn).您可以通過(guò)改變電子在導(dǎo)線中流動(dòng)的方向來(lái)翻轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，這意味著將電池翻轉(zhuǎn)過(guò)來(lái)。翻轉(zhuǎn)使電磁鐵完成另一個(gè)半圈運(yùn)動(dòng)。如果在每半圈運(yùn)動(dòng)結(jié)束時(shí)恰好在正確的時(shí)刻翻轉(zhuǎn)電磁鐵的磁場(chǎng)，電動(dòng)機(jī)將自由旋轉(zhuǎn)。

　　直流電機(jī)的工作原理

　　這里的電機(jī)中有兩個(gè)磁鐵：轉(zhuǎn)子(綠色)是電磁鐵，而磁場(chǎng)磁鐵是永磁體。

　　如何工作正如我們提到的，您會(huì)遇到兩種類型的電動(dòng)機(jī)：直流電和交流電。后者，直流或直流電機(jī)最初是在 1800 年代中期開(kāi)發(fā)的，它們至今仍在使用。

　　一個(gè)簡(jiǎn)單的電機(jī)有六個(gè)部分：

　　定子

　　轉(zhuǎn)子

　　換向器

　　刷

　　軸

　　直流電源

　　外面的 直流電動(dòng)機(jī) 是定子：一個(gè)不移動(dòng)的永磁體。內(nèi)部是轉(zhuǎn)子，它確實(shí)會(huì)移動(dòng)。這里的轉(zhuǎn)子就像我們前面例子中的釘子，定子就像馬蹄形磁鐵。

　　當(dāng)直流電通過(guò)轉(zhuǎn)子發(fā)送時(shí)，它會(huì)產(chǎn)生一個(gè)臨時(shí)電磁場(chǎng)，與定子的永磁場(chǎng)相互作用。換向器的工作是保持磁場(chǎng)翻轉(zhuǎn)的極性，從而保持轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。這會(huì)產(chǎn)生產(chǎn)生機(jī)械動(dòng)力所需的扭矩。

　　玩具電機(jī)

　　從外面您可以看到形成電機(jī)主體的鋼罐、車軸、尼龍端蓋和兩個(gè)電池引線。

　　如何工作圖中的玩具直流電機(jī)很小，大約一角硬幣那么大，有兩個(gè)電池引線。如果將電機(jī)的電池引線連接到電池上，軸將旋轉(zhuǎn)。如果反轉(zhuǎn)引線，它將沿相反方向旋轉(zhuǎn)。

　　尼龍端蓋由兩個(gè)卡舌固定到位。在端蓋內(nèi)，電機(jī)的電刷在電機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)將電力從電池傳遞到換向器。(由于電刷可能會(huì)磨損并需要更換，因此現(xiàn)代直流電機(jī)通常是 無(wú) 刷.)

　　軸固定轉(zhuǎn)子和換向器。轉(zhuǎn)子是一組電磁鐵，在本例中為三個(gè)。該電機(jī)中的電樞是一組堆疊在一起的薄金屬板，用細(xì)銅線纏繞在轉(zhuǎn)子的三極中的每一個(gè)。每根導(dǎo)線的兩端(每極一根)連接到一個(gè)端子上，然后將三個(gè)端子中的每一個(gè)連接到換向器的一個(gè)板上。

　　任何直流電動(dòng)機(jī)的最后一部分是定子。在這個(gè)電機(jī)中，它由罐子本身加上兩個(gè)彎曲的永磁體形成。在直流電機(jī)中， 電樞是轉(zhuǎn)子，場(chǎng)就是定子。

　　轉(zhuǎn)子、換向器和電刷

　　換向器的觸點(diǎn)連接到電磁鐵的軸上，因此它們與磁鐵一起旋轉(zhuǎn)。正如我們前面提到的，轉(zhuǎn)子就像電磁鐵圖中的釘子。換向器也連接到車軸上。換向器只是一對(duì)連接到車軸上的板。這些板為電磁鐵線圈提供兩個(gè)連接。

　　電動(dòng)機(jī)的“翻轉(zhuǎn)電場(chǎng)”部分由兩部分完成： 換向器 和 刷.

　　該圖顯示了換向器(綠色)和電刷(紅色)如何協(xié)同工作，讓電流流向電磁鐵，并在正確的時(shí)刻翻轉(zhuǎn)電子流動(dòng)的方向。換向器的觸點(diǎn)連接到電磁鐵的軸上，因此它們與磁鐵一起旋轉(zhuǎn)。電刷只是兩塊彈性金屬或碳，與換向器的觸點(diǎn)接觸。

　　將一切整合在一起

　　當(dāng)你把所有這些部件放在一起時(shí)，你得到的是一個(gè)完整的電動(dòng)機(jī)。

　　關(guān)鍵是當(dāng)轉(zhuǎn)子通過(guò)水平位置時(shí)，電磁鐵的兩極翻轉(zhuǎn)。由于翻轉(zhuǎn)，電磁鐵的北極總是在軸上方，因此它可以排斥定子的北極并吸引定子的南極。

　　通常轉(zhuǎn)子會(huì)有 三極 而不是本文所示的兩極。電機(jī)具有三極有兩個(gè)很好的理由：

　　它使電機(jī)具有更好的動(dòng)態(tài)。在兩極電機(jī)中，如果電磁鐵處于平衡點(diǎn)，當(dāng)電機(jī)啟動(dòng)時(shí)，定子兩極之間完全水平，您可以想象轉(zhuǎn)子“卡”在那里。這在三極電機(jī)中永遠(yuǎn)不會(huì)發(fā)生。

　　每次換向器達(dá)到它在兩極電機(jī)中翻轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的點(diǎn)時(shí)，換向器都會(huì)使電池短路片刻。這種短路會(huì)浪費(fèi)能量并不必要地耗盡電池電量。三極電機(jī)也解決了這個(gè)問(wèn)題。

　　可以有任意數(shù)量的極，具體取決于電機(jī)的尺寸和需要做什么。

　　交流電機(jī)的工作原理

　　現(xiàn)在，我們將看看交流電機(jī)。 交流電機(jī) 使用交流電代替直流電。它與直流電機(jī)共享許多部件，并且仍然依靠電磁和翻轉(zhuǎn)磁場(chǎng)來(lái)產(chǎn)生機(jī)械動(dòng)力。

　　交流電機(jī)內(nèi)部的部件包括：

　　定子

　　轉(zhuǎn)子

　　實(shí)心軸

　　線圈

　　鼠籠式

　　交流電動(dòng)機(jī)中定子的繞組完成直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的工作。在這種情況下，它是一圈電磁鐵，按順序配對(duì)并通電，從而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。

　　工業(yè)型交流電機(jī)，頂部是電氣接線盒，左側(cè)是輸出旋轉(zhuǎn)軸，鼠籠覆蓋著它。

　　EGZON123/CC BY-SA 3.0/維基媒體

　　您會(huì)記得直流電機(jī)中的轉(zhuǎn)子連接到電池。但是 交流電機(jī)中的轉(zhuǎn)子 與電源沒(méi)有任何直接連接。它也沒(méi)有刷子。相反，它經(jīng)常使用一種叫做松鼠籠的東西。你沒(méi)看錯(cuò)。

　　這 鼠籠式 在交流電機(jī)中是一組轉(zhuǎn)子條連接到兩個(gè)環(huán)，兩端各一個(gè)。這有點(diǎn)像籠子里的老鼠(或松鼠)會(huì)在里面跑的東西。鼠籠式轉(zhuǎn)子進(jìn)入定子內(nèi)部。當(dāng)交流電通過(guò)定子時(shí)，會(huì)產(chǎn)生電磁場(chǎng)。鼠籠式轉(zhuǎn)子中的桿是導(dǎo)體，因此它們響應(yīng)定子極的翻轉(zhuǎn)。這就是轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的方式，從而產(chǎn)生自己的磁場(chǎng)。

　　交流轉(zhuǎn)子和定子

　　交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵是轉(zhuǎn)子的磁場(chǎng)由定子的磁場(chǎng)感應(yīng)，轉(zhuǎn)子始終 努力追趕.它總是在尋找停滯，所以它旋轉(zhuǎn)以找到那種穩(wěn)定的狀態(tài)。但是定子使用交流電源產(chǎn)生的電磁場(chǎng)總是比轉(zhuǎn)子的磁場(chǎng)快一點(diǎn)。轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生產(chǎn)生機(jī)械動(dòng)力以轉(zhuǎn)動(dòng)汽車車輪或風(fēng)扇呼嘯而動(dòng)所需的扭矩。

　　一些交流電機(jī)使用繞線轉(zhuǎn)子，用電線包裹而不是鼠籠。不過(guò)，松鼠籠的種類更為常見(jiàn)。無(wú)論哪種情況，交流電機(jī)中只有一個(gè)運(yùn)動(dòng)部件，這意味著需要更換或維護(hù)的東西更少。

　　電機(jī)無(wú)處不在!

　　環(huán)顧你的房子，你會(huì)發(fā)現(xiàn)它充滿了電動(dòng)機(jī)。由于我們的家庭使用交流電源，因此這些小工具中的大多數(shù)都有交流電機(jī)。直流電機(jī)更有可能出現(xiàn)在使用電池的東西中。從廚房開(kāi)始，有電機(jī)：

　　爐子上方和微波爐中的風(fēng)扇

　　攪拌機(jī)

　　冰箱 - 實(shí)際上是兩三個(gè)：一個(gè)用于壓縮機(jī)，一個(gè)用于冰箱內(nèi)的風(fēng)扇，以及一個(gè)在 制冰機(jī)

　　立式攪拌機(jī)

　　在雜物間里，有一個(gè)電動(dòng)機(jī)：

　　烘干機(jī)

　　這 電動(dòng)螺絲刀

　　吸塵器

　　電鉆

　　爐式鼓風(fēng)機(jī)

　　即使在浴室里，也有電機(jī)：

　　風(fēng)扇

　　電動(dòng)牙刷

　　這 電吹風(fēng)

　　這 電動(dòng)剃須刀

　　您的汽車裝有電動(dòng)機(jī)：

　　電動(dòng)車窗

　　電動(dòng)座椅

　　球迷 用于加熱器和散熱器

　　擋風(fēng)玻璃刮水器

　　起動(dòng)電機(jī)

　　交流電機(jī)可能為您的汽車而不是汽油發(fā)動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力

　　另外，其他地方都有電機(jī)：

　　計(jì)算機(jī)

　　手機(jī)

　　玩具

　　車庫(kù)開(kāi)門器

　　水族泵

　　幾乎所有移動(dòng)的東西都使用電動(dòng)機(jī)來(lái)完成其運(yùn)動(dòng)。

　　現(xiàn)在功能強(qiáng)大

　　您可能想知道電動(dòng)汽車，它使用交流電機(jī)但使用提供直流電源的電池運(yùn)行。答案很簡(jiǎn)單：電動(dòng)汽車有一個(gè)額外的部件，稱為轉(zhuǎn)換器，它將電池的直流電轉(zhuǎn)換為電機(jī)可以使用的交流電。

　　電動(dòng)機(jī)常見(jiàn)問(wèn)題

　　玩具電動(dòng)機(jī)如何工作?

　　一個(gè)非常小的電動(dòng)機(jī)有兩個(gè)小的永磁體、一個(gè)換向器、兩個(gè)電刷、三個(gè)極和一個(gè)由繞在一塊金屬上繞線制成的電磁鐵。它的工作方式與較大版本相同，但規(guī)模要小得多。

　　什么是直流電動(dòng)機(jī)?

　　直流電動(dòng)機(jī)將直流電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，這與使用交流電的交流版本不同。

　　簡(jiǎn)單電機(jī)的部件有哪些?

　　一個(gè)簡(jiǎn)單的電機(jī)有六個(gè)部分：電樞或轉(zhuǎn)子、換向器、電刷、車軸、磁場(chǎng)磁鐵和某種直流電源。

　　電動(dòng)機(jī)能用多久?

　　在測(cè)試條件下，電動(dòng)機(jī)可以使用 15 到 20 年，前提是它在正常運(yùn)行條件下使用。

　　直流電機(jī)好還是交流電動(dòng)機(jī)好?

　　交流電機(jī)通常功率更大，需要的維護(hù)更少，但是，直流電機(jī)往往效率很高。電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用往往會(huì)影響選擇交流電還是直流電。