有刷直流馬達(dá)太普通不過(guò)了，在好多電動(dòng)工具和玩具中都大量存在。它的工作原理也很簡(jiǎn)單，在小學(xué)課本中就講過(guò)。
直流有刷馬達(dá)
幾乎每位使用過(guò)直流有刷馬達(dá)的人都堅(jiān)定自己完全明白而且早已把握了它的工作原理，甚至還可以給他人講出它的道理。
這種原理無(wú)論如何講，模式幾乎是一樣的。無(wú)論是勾畫靜態(tài)的原理圖，還是使用動(dòng)圖，甚至是3D圖形，實(shí)際上所講解的道理都是一個(gè)模子倒下來(lái)的，之所以如此講，由于這樣講解比較簡(jiǎn)單，而不是說(shuō)它一定正確。
沒(méi)錯(cuò)，我們是如此聽(tīng)來(lái)的，也是如此理解直流馬達(dá)。直至有三天，當(dāng)你拆開(kāi)了一個(gè)直流馬達(dá)，發(fā)覺(jué)自己似乎受騙了。
馬達(dá)機(jī)殼、內(nèi)部的吸鐵石、換流的導(dǎo)輪都和課堂上講的幾乎一模一樣。
直流馬達(dá)機(jī)殼、定子、電刷
假如注意到軸套的位置，它也是分別處在馬達(dá)繞組上永吸鐵石的NS極對(duì)應(yīng)的中軸線上。這與上面講解原理都是相同的。
直流有刷馬達(dá)軸套
這么究竟那里出了問(wèn)題？對(duì)，問(wèn)題出在定子的結(jié)構(gòu)上，如何和原先講的不一樣了呢？
首先，定子不再是空心的線圈，而是由導(dǎo)磁很強(qiáng)的硅鋼片壓疊而成的實(shí)心釹鐵硼，并分成三個(gè)磁體，線圈是纏繞在磁體上的。。
其次，線圈不再是一個(gè)線圈，而是三個(gè)線圈。
直流有刷馬達(dá)定子
此外，那就是換流環(huán)，它如同烏龜?shù)淖煲粯樱彩欠殖扇甑摹?span style="display:none">Qck物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))
直流有刷馬達(dá)換流環(huán)
三個(gè)定子是串聯(lián)在一起，產(chǎn)生三角形聯(lián)接形式。之后三個(gè)公共端分別聯(lián)接在換流環(huán)的上。
換流環(huán)的空隙正對(duì)著線圈的中心線，這一點(diǎn)倒是與上面簡(jiǎn)單原理圖所講解的是一致的。
直流有刷馬達(dá)換流環(huán)
不僅定子呈現(xiàn)奇怪的三瓣之外磁力矩，馬達(dá)繞組上的永吸鐵石也與傳統(tǒng)講解原理圖有區(qū)別。
永吸鐵石呈現(xiàn)為兩個(gè)半方形，靠近在馬達(dá)矩形殼體上。見(jiàn)到這，很難相信它還能產(chǎn)生平行的磁場(chǎng)。最至少在緊靠吸鐵石區(qū)域的磁場(chǎng)應(yīng)當(dāng)呈現(xiàn)指向圓心的方向，而不是平行磁場(chǎng)。
莫非就沒(méi)有根據(jù)實(shí)際直流馬達(dá)構(gòu)造來(lái)講解原理的嗎？
是有的，并且講解的不清楚。例如下邊的動(dòng)圖將實(shí)際馬達(dá)定子線圈聯(lián)接關(guān)系勾畫的很清楚，但定子的幾何結(jié)構(gòu)與實(shí)際馬達(dá)相差很大。
下邊的動(dòng)圖倒是將定子的幾何結(jié)構(gòu)表現(xiàn)的挺好，但將導(dǎo)輪的位置勾畫錯(cuò)了。電樞應(yīng)當(dāng)與轉(zhuǎn)子NS磁體平行。
實(shí)際的直流有刷馬達(dá)之所以不能否根據(jù)小學(xué)教科書中介紹的原理那樣制做，是由于那樣的馬達(dá)有眾多的缺陷，這種缺陷在中學(xué)課本上是不講的。
首先磁力矩，利用于定子釹鐵硼，可以大大降低定子線圈的磁阻，在相同的定子電壓的作用下，定子的磁路量大大降低，增強(qiáng)了扭矩，近而降低了銅損。
使用硅鋼片壓疊而成定子釹鐵硼可以減少渦流帶來(lái)的撓度。
直流馬達(dá)的導(dǎo)輪
其次，使用三個(gè)線圈代替單個(gè)線圈，是為了清除機(jī)械扭力死點(diǎn)。在換流時(shí)，定子磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)平行，此時(shí)力磁扭力為零，此時(shí)馬達(dá)未能啟動(dòng)。使用三個(gè)線圈，則不會(huì)有扭力平衡點(diǎn)。
根據(jù)小學(xué)書中介紹的直流馬達(dá)原理，定子線圈是在平行磁場(chǎng)內(nèi)旋轉(zhuǎn)。這么通過(guò)線圈的磁路量的變化應(yīng)當(dāng)是隨著旋轉(zhuǎn)角度呈現(xiàn)余弦變化，由此所形成的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)則應(yīng)當(dāng)是余弦電流。
實(shí)際的導(dǎo)輪沒(méi)有毛，而且有齒。
在齒的中間還有被換流環(huán)磨出的凹槽
但實(shí)際的直流馬達(dá)定子線圈里的磁場(chǎng)變化是隨著時(shí)間線性降低和線性降低的，由此在線圈里形成的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是直流電流，這與外部施加的直流驅(qū)動(dòng)電流是一樣的。
之所以直流馬達(dá)定子線圈內(nèi)的磁路量是線性變化，這是因?yàn)閮善D(zhuǎn)子吸鐵石呈現(xiàn)矩形分布在馬達(dá)機(jī)殼，吸鐵石表面的磁場(chǎng)硬度是均勻的。
當(dāng)定子的一個(gè)磁體經(jīng)過(guò)兩片轉(zhuǎn)子吸鐵石NS分界線的時(shí)侯，流入磁體和流出磁體的磁路量隨著定子角度旋轉(zhuǎn)而發(fā)生線性的降低或則降低，近而致使該磁體上的線圈內(nèi)的磁路量發(fā)生線性變化，此時(shí)線圈內(nèi)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)就是一個(gè)直流電流。
當(dāng)某一個(gè)磁體正對(duì)著每一個(gè)吸鐵石的時(shí)侯，通過(guò)該磁體的磁路量不發(fā)生變化，此時(shí)該線圈內(nèi)沒(méi)有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。請(qǐng)注意，電樞的位置正是對(duì)著NS磁體，所以此時(shí)進(jìn)行換流，雖然軸套同時(shí)接觸兩片換流環(huán)的電極，因?yàn)閷?duì)應(yīng)的線圈內(nèi)沒(méi)有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，因而也不會(huì)導(dǎo)致在換流時(shí)形成漏電電壓。
中學(xué)課本上講解的直流馬達(dá)原理其實(shí)與實(shí)際馬達(dá)工作情況不同，但也只能這樣講，這與中學(xué)中學(xué)生認(rèn)知水平是相符和的。
春雨和她的男子伴們
假如如今再給高中中學(xué)生講解直流馬達(dá)工作原理，我也只能根據(jù)教科書上這么講。并且有一個(gè)幻覺(jué)，講著講著自己也就相信了。
