第1章 認識直流電動機

1.1 永磁式直流電動機結構原理

1.1.1 永磁式直流電動機結構

永磁式直流電動機的定子部分由永磁體構成，轉子部分由轉子鐵心和繞組（線圈）組成。

這種直流電動機具有體積小、功率小、轉速穩定等特點。一般用于錄像機、電動剃須刀等家用電子電器產品中。圖1-1所示為典型永磁式直流電動機的應用。

圖1-2所示為典型永磁式直流電動機的結構。永磁式直流電動機的定子磁體與圓柱形外殼制成一體，轉子繞組繞制在鐵心上與轉軸制成一體，繞組的引線焊接在換向器上，通過電刷為其供電，電刷安裝在定子機座上與外部電源相連。

1.轉子

永磁式直流電動機的轉子是由絕緣軸套、換向器、轉子鐵心、繞組和轉軸（電動機軸）等部分構成的。繞組繞制在轉子鐵心上，分成三組對稱均勻地繞在三極翼片上，三組繞組的引線分別焊接在三片換向器上，為了防止換向器電焊片之間短路，將換向器安裝在絕緣套外圓，同時也防止換向器電焊片與轉軸短路。

圖1-3所示為典型永磁式直流電動機轉子的結構。

2.換向器與電刷

換向器是將三扇形金屬片（銅或銀材料）嵌在絕緣軸套上制成的，它是轉子繞組的供電端。由于轉子工作時是旋轉的，供電電源的引線不能與繞組引線焊接在一起，電源通過靠在換向器上的導體進行供電，借助于彈性壓力為轉動的繞組供電，三片集電環在轉動過程中與兩個電刷的電刷片接觸，從而獲得電能。可見每組繞組轉動到不同的位置，其繞組中電流的方向就會發生變化。圖1-4所示為典型永磁式直流電動機換向器與電刷的結構。

3.定子

圖1-5所示為典型永磁式直流電動機定子的結構。我們知道一個永磁體不論大小，都具有N極和S極。如果將兩個小磁體粘合成為一個磁體，則中間的部分就會變成中性磁極，兩側分別為N極、S極；如果將兩個永磁體安裝到一個由鐵磁性材料制成的圓筒內，則圓筒外殼就稱為中性磁極部分，內部兩個磁體分別為N極和S極，這樣就構成了產生定子磁場的磁極，轉子安裝于其中就會受到磁場的作用而產生轉動力矩。

1.1.2 永磁式直流電動機原理

由于導體在磁場中有電流流過就會受到磁場的作用而產生轉矩，這是電動機轉子能夠旋轉的機理。轉子繞組的導體中有電流時，受到定子磁場的作用所產生力的方向，遵循左手定則，這就是電動機的起動轉矩產生的原理。

由此可見，增加轉子的直徑，加長轉子軸向的長度，增強轉子繞組的電流以及增強定子磁極的磁場，都會增加電動機的轉矩。

圖1-6所示為永磁式直流電動機轉矩的產生原理。

永磁式直流電動機外加直流電源后，轉子會受到磁場的作用力而旋轉，但是當轉子繞組旋轉時又會切割磁力線而產生電動勢，該電動勢的方向與外加電源的方向相反，因而被稱為反電動勢，所以當電動機旋轉起來后，電動機繞組所加電壓等于外加電源電壓與反電動勢之差，其電壓小于起動電壓。

圖1-7所示為永磁式直流電動機的反電動勢。

1.兩極式轉子的工作原理

兩極式轉子是將轉子鐵心制成兩翼形，每個翼片上纏繞一組繞組，共有兩組繞組和兩個換向器接線片。兩個電刷分別接電源的正、負極。

圖1-8所示為兩極轉子永磁式直流電動機的結構原理示意圖。

圖1-9所示為兩極轉子永磁式直流電動機的轉動過程。

2.三極式轉子的工作原理

三極式轉子是將轉子鐵心制成三翼形，每個翼片上纏繞一組繞組，共有三組繞組和三個換向器接線片，但電刷仍為兩個，分別接電源的正、負極。電源供電時，轉子磁極是根據轉角與電刷的接觸狀態變化。

如圖1-10所示，這是三極轉子永磁式直流電動機的結構原理示意圖。

圖1-11所示為三極轉子永磁式直流電動機的轉動過程。