【R课堂】Sugiken老师的电机驱动器课堂③什么是电机

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什么是电机？
从广义上讲，“电机（mortor）”是一种动力装置，比如在赛车运动等与汽车相关的英文术语中也会用到，这里所讲的“电机”是指将电能转换为机械能的“电动机”。

那么电动机（电机）是如何将电能转换为机械能的呢？
我们在“电机驱动器IC的作用”和“电机驱动器IC与电机设备之间的关系”中也提到过，答案是“利用电磁现象”。也就是说，电机是利用电能形成电磁体，并利用磁体的相互作用（引力和斥力）产生机械能。
还有另外一种解释思路，也许这种解释更通用，也可以说电机“利用了通电导体在磁场中的受力”。这就涉及到“弗莱明左手定则”。我们可以用下面的简单旋转机构示意图来具体了解这个原理（注：需要切换电流方向才能持续旋转）。不过它的结构与后续将要介绍的实际电机结构略有不同，因此，在这里我先来大致讲解一下“电磁体的应用”。

电磁体的应用

电磁体是在铁等磁性材料上缠绕导线而制成的。当然，只是这样缠绕并不会发生什么，但是当电流流过导线时，磁性材料就会拥有磁铁的特性，会吸引其他磁体（铁等）。另外，由于可以通过改变电流的方向来改变磁极，因此如果在一个磁体的对面配置另一个磁体，那么施加在该磁体上的力就可以在引力和斥力之间切换（参见下图）。

电磁体

所谓的电机，就是基于这种电磁体特性，利用电能实现旋转运动的（注：也有线性电机等做直线运动的电机）。
现在，相信您已经明白了机械能是通过磁体的相吸与相斥的力而获得的，那么，持续的旋转运动是如何实现的呢？关于这一点，只要看看无线遥控汽车和电子制作等作品中使用的电机的结构，其实很容易理解。

电机的旋转原理
下面我们以基本的有刷电机为例，来了解一下电机的旋转原理。

电机的旋转原理

这种电机的结构如“三个电磁体”图所示，由以120度的间隔机械排列的线圈和导电滑环、夹着导电滑环配置的两个电刷、以及永磁体组成。这种电机由于具有电刷而被称为“有刷电机”、“换向器电机”或“整流子电机”。

整流子电机

为了方便大家了解为什么是这种120度夹角的结构，我们先用一个电磁体的示意图来说明其旋转原理。

电磁体的示意图

在“一个电磁体”图中，有两个电刷，一个接正电极，一个接负电极。如图所示，当用电刷夹住导电滑环时，电压会施加在与滑环相连的线圈上，从而使电流流过。该导电滑环安装在电机的曲轴上，与线圈（电磁体）一起旋转。
以这种结构为基础，例如当图中<c>位置有线圈时，通过调整配置导电滑环的位置，使电流流过，从而使电磁体的磁极成为如图所示的磁极。这样，在线圈中就会产生逆时针方向的力，从而能够使电机旋转起来。
接下来，我们来看看该线圈通过旋转到达 <d>位置时的情况。在这个位置，如果电磁体的极性保持不变，那么线圈就会停止，所以需要在这个位置改变电磁体的极性。微调导电滑环的位置，使电刷和滑环的连接正好在这个位置反接，这样就能够使电机保持持续旋转。

有奖问答：通过采用由三个电磁体组成的三相电机结构，可以解决只有_________存在的磁极切换时间点问题，并且可以实现稳定旋转。

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