《Arduino开发实战指南：机器人卷》一3.2 直流电机工作原理

本节书摘来华章计算机《arduino开发实战指南：机器人卷》一书中的第3章 ，第3.2节，黄文恺　伍冯洁　陈　虹　编著更多章节内容可以访问云栖社区“华章计算机”公众号查看。

图3.5和图3.6是直流电机的工作原理图，其中n和s是一对固定的磁极，它们可以是电磁铁，也可以是永磁铁。磁极之间有一个可以转动的铁质圆柱体，称为电枢铁芯。铁芯表面安装有用漆包线（铜导线表面浸刷绝缘漆）绕成的电枢线圈abcd，线圈的两端分别接到相互绝缘的两个半圆形铜片（换向片）上，他们组合在一起称为换向器。在每个半圆形铜片上分别放置一个固定不动而并与之滑动接触的电刷a、b。电枢线圈abcd通过换向器接到直流电源上，电刷a接正极，电刷b接负极，此时电枢线圈abcd中将有电流流过。在线圈ab段中，电流由a指向b，在线圈cd段中，电流由c指向d，线圈ab段和cd段分别处于磁场中，受到电磁力的作用，n极下导体ab段受力方向从右向左，s极下导体cd段受力方向从左向右，该电磁力形成逆时针方向的电磁转矩，当电磁转矩大于阻转矩时，电机转子逆时针方向旋转起来。

当电枢线圈旋转到如图3.6所示位置时，原n极下导体ab段转到s极下，受力方向从左向右，原s 极下导体cd段转到n极下，受力方向从右向左，该电磁力形成逆时针方向的电磁转矩，线圈在该电磁力形成的电磁转矩作用下继续逆时针方向旋转。

由此可见，借助于换向器，可以使直流电机电枢线圈中流过的电流方向是交变的，而电枢线圈产生的电磁转矩的方向是恒定不变的，这样可以确保直流电机朝一个方向连续旋转。

对于实际应用中的直流电动机，它的电枢并非单一线圈，磁极也并非只有一对，而是在电枢圆周上均匀地嵌布许多线圈，换向器也是由许多换向片组成，这样可使电枢线圈所产生的总的电磁转矩足够大并且比较均匀，电机的转速也就比较均匀。