有刷直流马达太普通不过了,在好多电动工具和玩具中都大量存在。它的工作原理也很简单,在小学课本中就讲过。
直流有刷马达
几乎每位使用过直流有刷马达的人都坚定自己完全明白而且早已把握了它的工作原理,甚至还可以给他人讲出它的道理。
这种原理无论如何讲,模式几乎是一样的。无论是勾画静态的原理图,还是使用动图,甚至是3D图形,实际上所讲解的道理都是一个模子倒下来的,之所以如此讲,由于这样讲解比较简单,而不是说它一定正确。
没错,我们是如此听来的,也是如此理解直流马达。直至有三天,当你拆开了一个直流马达,发觉自己似乎受骗了。
马达机壳、内部的吸铁石、换流的导轮都和课堂上讲的几乎一模一样。
直流马达机壳、定子、电刷
假如注意到轴套的位置,它也是分别处在马达绕组上永吸铁石的NS极对应的中轴线上。这与上面讲解原理都是相同的。
直流有刷马达轴套
这么究竟那里出了问题?对,问题出在定子的结构上,如何和原先讲的不一样了呢?
首先,定子不再是空心的线圈,而是由导磁很强的硅钢片压叠而成的实心钕铁硼,并分成三个磁体,线圈是缠绕在磁体上的。。
其次,线圈不再是一个线圈,而是三个线圈。
直流有刷马达定子
此外,那就是换流环,它如同乌龟的嘴一样,也是分成三瓣的。
直流有刷马达换流环
三个定子是串联在一起,产生三角形联接形式。之后三个公共端分别联接在换流环的上。
换流环的空隙正对着线圈的中心线,这一点倒是与上面简单原理图所讲解的是一致的。
直流有刷马达换流环
不仅定子呈现奇怪的三瓣之外磁力矩,马达绕组上的永吸铁石也与传统讲解原理图有区别。
永吸铁石呈现为两个半方形,靠近在马达矩形壳体上。见到这,很难相信它还能产生平行的磁场。最至少在紧靠吸铁石区域的磁场应当呈现指向圆心的方向,而不是平行磁场。
莫非就没有根据实际直流马达构造来讲解原理的吗?
是有的,并且讲解的不清楚。例如下边的动图将实际马达定子线圈联接关系勾画的很清楚,但定子的几何结构与实际马达相差很大。
下边的动图倒是将定子的几何结构表现的挺好,但将导轮的位置勾画错了。电枢应当与转子NS磁体平行。
实际的直流有刷马达之所以不能否根据小学教科书中介绍的原理那样制做,是由于那样的马达有众多的缺陷,这种缺陷在中学课本上是不讲的。
首先磁力矩,利用于定子钕铁硼,可以大大降低定子线圈的磁阻,在相同的定子电压的作用下,定子的磁路量大大降低,增强了扭矩,近而降低了铜损。
使用硅钢片压叠而成定子钕铁硼可以减少涡流带来的挠度。
直流马达的导轮
其次,使用三个线圈代替单个线圈,是为了清除机械扭力死点。在换流时,定子磁场与转子磁场平行,此时力磁扭力为零,此时马达未能启动。使用三个线圈,则不会有扭力平衡点。
根据小学书中介绍的直流马达原理,定子线圈是在平行磁场内旋转。这么通过线圈的磁路量的变化应当是随着旋转角度呈现余弦变化,由此所形成的感应电动势则应当是余弦电流。
实际的导轮没有毛,而且有齿。
在齿的中间还有被换流环磨出的凹槽
但实际的直流马达定子线圈里的磁场变化是随着时间线性降低和线性降低的,由此在线圈里形成的感应电动势是直流电流,这与外部施加的直流驱动电流是一样的。
之所以直流马达定子线圈内的磁路量是线性变化,这是因为两片转子吸铁石呈现矩形分布在马达机壳,吸铁石表面的磁场硬度是均匀的。
当定子的一个磁体经过两片转子吸铁石NS分界线的时侯,流入磁体和流出磁体的磁路量随着定子角度旋转而发生线性的降低或则降低,近而致使该磁体上的线圈内的磁路量发生线性变化,此时线圈内感应电动势就是一个直流电流。
当某一个磁体正对着每一个吸铁石的时侯,通过该磁体的磁路量不发生变化,此时该线圈内没有感应电动势。请注意,电枢的位置正是对着NS磁体,所以此时进行换流,虽然轴套同时接触两片换流环的电极,因为对应的线圈内没有感应电动势,因而也不会导致在换流时形成漏电电压。
中学课本上讲解的直流马达原理其实与实际马达工作情况不同,但也只能这样讲,这与中学中学生认知水平是相符和的。
春雨和她的男子伴们
假如如今再给高中中学生讲解直流马达工作原理,我也只能根据教科书上这么讲。并且有一个幻觉,讲着讲着自己也就相信了。