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    在如今的航模运动中,电机逐渐替代了早年的内燃机(图1- 图3),成为模型动力装置的主流。在内燃机时代,有许多相关文章和资料,可供大家学习研究。遗憾的是直到现在,介绍电机工作原理的文章较少。本文将对有刷电机和无刷电机的原理、二者的结构和运行特点做一普及讲解,供广大爱好者参考。文中如有不足之处,请多指正。 
  说到,先得讲讲磁铁。磁铁又名磁钢、吸铁石,很多人小时候都接触过(图4)。在生活中,磁铁的用处非常多,如用它制作的指南针、开瓶器、纽扣等(图5)。磁铁具有磁性,其上有南极和北极,常用字母S和N表示。磁铁的两极遵循同极相斥、异极相吸的原理。 
  电机正是采用这一原理制成的。将导体(电线)弯曲成螺旋状,通电后便形成了最简易的电磁铁(图6),螺旋线圈的一端为N极,另一端为S极。如果将电源的正负极交换,相应的螺旋线圈上的N极和S极会对调。要想维持电机持续运转,需要让两块永久磁铁和1块磁极不停转换的电磁铁组合搭配。永久磁铁的问题好解决,而要想得到1块磁极不停转换的电磁铁,必须迫使为其供电的电源正负极随时间不断变化。 
  电机的顺利运转,实际是利用了磁铁异极相吸、同极相斥的特性(图7)。如图8所示,电机外侧固定了两块永久磁铁,中间区域转动的部分是电磁铁。当处在位置①时,,由于电磁铁左侧的N极与固定的永久磁铁的N极相互排斥,而与右侧的S极相互吸引,因此该相互作用力产生了一个力矩,驱使电磁铁带着线圈以转动轴为中心顺时针向右旋转。转到位置②时,电磁铁与两块永久磁铁的吸引力达到最大位置,转动停止。为让电磁铁能继续转动,在位置②处连接螺旋线圈的电源正负极迅速互换,导致②中的电磁铁的N极和S极发生调转,即左侧由S极变为N极、右侧由N极变为S极。这样一来,原本的异极相吸变为同极相斥,该作用力驱动电磁铁继续顺时针转动半圈。如此周而复始,电机就会不停地运转。 
  所以如何使电机电源的正负极在螺旋线圈转了半圈后成功互换,成为电机运转的核心问题。针对这个问题,最开始的解决方法是增加一个专门的元件,也就是有刷电机中的换向器(或整流器)。换向器与线圈相连(图9),并根据电磁铁位置的不同,保证线圈每转动半圈,电机的供电电源正负极互换一次,电磁铁的磁极随之互换。 
  换向器这一功能的实现,依赖的是自身结构。换向器不仅连接了电磁铁上的螺旋线圈,而且与电机的旋转轴连接,并随着电机的旋转而转动。如图所示,电机旋转轴上的物体被称为转子。如果从电机输出轴的一端向另一端看,换向器恰似两个直径相同、分割的扇形物体。 
  在早期航模电机中(图10),因为换向器通过电刷与电池的正负极相连,间断地为电磁铁供电,所以这类电机被称为电刷式电机,俗称有刷电机。有刷电机工作时,必须依靠换向器与左右两端电刷的连接,让电磁铁上的线圈通电(图11、图12)。图13中的正负两极上各有1个电刷。当处于位置①时,换向器的两个扇形截面正好与电刷相连,电磁铁上的线圈有电流通过。当处于位置②时,换向器的两个扇形截面离开了电刷(图14),电磁铁上的线圈无电流通过,此时转子变为惰性转动。当转至位置③时,换向器的两个扇形截面再次与电刷相连,电磁铁上的线圈有电流通过,但电源的正负极与位置①时正好相反。此时电磁铁中的磁极倒转,驱动电机转子继续顺时针运转。在这3个阶段中,换向器成功地保证了电磁铁上通电线圈的电极循环变换。 
  以上介�B的是二极有刷电机。在生活中,经常会看到包含3个线圈的有刷电机,通常称为三极有刷电机。曾经风靡全球的四驱车模型,其用到的就是三极有刷电机,所采用的电机型号为130(图15)。关于三极有刷电机的运行原理,这里留个悬念,我们下期再说。


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