文档介绍：电动机制作和用途
现在,拿起这个钉子做成的电磁铁,在它的中间插进一根轴,然后悬挂在马蹄形磁铁的中央,如下图所示。如果将电池连接到电磁铁,使钉子北极的方向与图中所示一致,那么电磁铁的北极将与马蹄形磁铁的北极排斥,并与马蹄形磁铁的南极相吸。电磁铁的南极也以类似的方式发生排斥。钉子将运动半周,然后在所示的位置停住。
马蹄形磁铁中的电磁铁
这半周的运动不过是由于磁铁自然地相互吸引和排斥产生的。制造电动机的关键是要更进一步,使半周运动在完成的那一瞬间,电磁铁的磁场发生翻转。这种翻转可以使电磁铁完成另一个半周运动。更改电子在电线中的流动方向(让电池掉头就可以实现此目的)便可以翻转磁场。如果能够在完成每个半周运动时的适当时间精确地翻转电磁铁的磁场,则电动机就可以自由旋转。
现在我们用电枢来替代电动机中的钉子。电枢是一种电磁铁,其制作方式是在金属芯的两个或更多极上卷绕细线。电枢带有一个轴,该轴与整流子相连接。在右图中,您可以看到同一电枢的三种不同视图:前视图、侧视图和后视图。后视图中没有包括绕组,目的是为了更清楚地展示整流子。您可以发现整流子不过是与轴连接的一对极板。这些极板分别连接到电磁铁线圈的两个连接端。
在电动机中,用于“翻转电场”的部件是由两个部分组成的:整流子和电刷。
图中显示了整流子和电刷如何作为一个整体使电流流向电磁铁,以及如何在适当的时间翻转电子的流动方向。整流子的触点与电磁铁的轴相连,使轴可以随磁铁一起旋转。电刷不过是两片与整流子接触的弹性金属或碳。
将所有这些部件装在一起,您就可以得到一个完整的电动机:
电枢
图中电枢绕组,以便您方便地查看整流子的运转。要观察的关键之处在于,当电枢横向移动时,电磁铁的两极会发生翻转。由于这种翻转,电磁铁的北极会始终位于轴的上方,从而排斥场磁铁的北极,并吸引场磁铁的南极。
如果您有机会拆开一个小型电动机的话,就会发现其中包含了上面所述的相同零件:两块小型永久磁铁、一个整流子、两个电刷以及一个电磁铁(通过在一块金属上绕线制成)。但是,转子几乎总是带有三个极,而不是本文所示的两极。电动机使用三个极可以带来两个优势:
使电动机具有更好的动力。在双极电动机中,如果电动机启动时,电磁铁位于平衡点上,也就是在场磁铁两极之间的完全水平位置,则您可以想象得到,电枢将“卡”在这个位置。在三极电动机中永远不会发生这种情况。
在双极电动机中,每当整流子到达它翻转磁场的位置时,就会使电池短路(将正极和负极直接相连)片刻。这种短路浪费了能量,并且使电池不必要地放电。