下面這些圖片顯示的還是在春節(jié)前拆解的一個來自于自動按摩枕內(nèi)部的直流電機(jī)的實驗過程。

轉(zhuǎn)眼寒假過去了，回頭看到這些當(dāng)時拆解留下的照片，還能體會到當(dāng)時正處在假期前半段時的愉快心情。

拆開前后蓋之后的電機(jī)

記得當(dāng)時是在辦公室外邊水房垃圾桶里，看到的這個別人丟棄的電動按摩枕。本來是想打開一窺其中機(jī)械的奧秘。不過打開外面的塑料皮革和一些填充海綿之后，看到的只是一些稍顯粗糙的塑料傳動裝置。

這個直流電機(jī)就是按摩枕的動力來源。之所以當(dāng)時想拆開它，是因為一個月之前寫了一個推文“

”。這本是一篇介紹小型直流電機(jī)的工作原理的推文。所有參加智能車競賽的同學(xué)都會在自己的車模上碰到這種小型直流電機(jī)。我又不清楚，為什么這篇推文居然是去年下半年所有推文文中閱讀量最高的一篇推文？

電機(jī)轉(zhuǎn)子和磁鋼定子

現(xiàn)在看起來除了它的內(nèi)容相對比較淺顯易懂，同時使用了網(wǎng)絡(luò)上很多的動圖顯示原理，可能更重要的是使用了學(xué)生在朋友圈里曬出的自己的美顏照片作為推文封面。

本以為自己寫完那個推文之后，自己對于小型直流電機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和原理有了更加清晰的認(rèn)識，但是當(dāng)我打開這個功率稍微大一點(diǎn)的直流電機(jī)之后，還是被它內(nèi)部的復(fù)雜結(jié)構(gòu)震懾住了。

直流電機(jī)內(nèi)部的12個磁極和24片換流接觸片

直流電機(jī)內(nèi)部的轉(zhuǎn)子，居然有12個磁極。同時也配有12個轉(zhuǎn)子線圈。每個線圈是繞制在相鄰五個磁極的線圈溝槽內(nèi)。

在轉(zhuǎn)子 一段是換流環(huán)，上面分布有24個電極。每個轉(zhuǎn)子線圈兩端焊接在相鄰的換流環(huán)電極上。電極的位置正好處于線圈的平行面上。

直流電機(jī)轉(zhuǎn)子上的電樞和換流環(huán)

如果自己觀察這些線圈與換流環(huán)之間的焊接關(guān)系，可以看到這些線圈實際上是串聯(lián)在一起的，形成一個線圈整體。線圈的漆包線繞過換流環(huán)，然后被換流環(huán)電極銅柱壓焊在一起。

這些線圈雖然是串聯(lián)在一起，當(dāng)電極的電刷對稱接觸換流環(huán)時。分布在電刷兩側(cè)的線圈所通過的電流方向是相反的。

轉(zhuǎn)子線圈與換流電極結(jié)合

電極外殼上固定了兩片呈現(xiàn)圓弧狀的永磁鐵，提供電極的工作磁場。這些磁場通過轉(zhuǎn)子磁極從N極流向P極。每個線圈內(nèi)的磁通量應(yīng)該是它所繞過的五個磁極磁通量的累加和。

由于轉(zhuǎn)子的存在，實際上也改變了電機(jī)內(nèi)部磁場的分布。線圈所在空間的磁場包括有定子磁場以及線圈通過電流所產(chǎn)生的磁場，轉(zhuǎn)子上所產(chǎn)生的磁力矩應(yīng)該是有這兩個磁場相互作用產(chǎn)生的。力矩的大小與線圈磁通量的變化率成正比。

電機(jī)內(nèi)的轉(zhuǎn)子和外部的定子

當(dāng)每個磁極位于不同的角度的時候，流入磁極的磁通量會有變化。當(dāng)磁極針對這弧形磁鋼時，流入，或者流出磁極的磁通量最大，但變化較小。當(dāng)磁極正好處在從一個磁鋼轉(zhuǎn)向另外一個磁鋼中間過渡階段時，伴隨著磁通量流入流出極性的改變，磁通量就會發(fā)生很大的變化。

每個磁極的磁通量以及對應(yīng)的磁通量變化率

由于每個線圈是繞制在相鄰的五個磁極上，所以線圈內(nèi)的磁通量的變化是五個磁極磁通量變化率的疊加。

下圖顯示了一個線圈中五個磁極的磁通量變化率疊加后的曲線。變化的磁通量會在線圈內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。由此將輸入的電能轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)子運(yùn)動的機(jī)械能。

在轉(zhuǎn)子上總共有12個線圈，每個線圈所產(chǎn)生的力矩如上圖所示。這十二個線圈所產(chǎn)生的力矩疊加就會非常平穩(wěn)。

當(dāng)然，上面的分析還是顯得粗略。繪制的磁通量變化曲線也是使用數(shù)學(xué)模型繪制的仿真曲線。具體轉(zhuǎn)子在旋轉(zhuǎn)過程中，它所受到的電磁力矩是什么波形，內(nèi)部產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的信號波形是什么？

原本希望能夠通過示波器測量加以驗證，后來想到一個主意，就是在轉(zhuǎn)子上的換流片上，每個電機(jī)對應(yīng)的電極焊接一個發(fā)光二極管，在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的時候，它內(nèi)部所產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢能夠點(diǎn)亮LED，那就是一個非常直觀的顯示。

原本設(shè)想在換流環(huán)上焊接LED，結(jié)果失敗了

很可惜，在焊接的時候，焊錫流進(jìn)了換流環(huán)電極兩邊的縫隙，將換流環(huán)相鄰電極短路，從而無法顯示和測量每個線圈的感應(yīng)電動勢了。

也罷，最后這個實驗只能以失敗告終。

愉快的寒假結(jié)束了，現(xiàn)在已經(jīng)上了一個禮拜的課程了。現(xiàn)在回頭再看看當(dāng)時的對電機(jī)分解過程，并沒有覺得實驗失敗的遺憾，而是感到過去一段時光的美好。
編輯：hfy