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

轉眼寒假過去了，回頭看到這些當時拆解留下的照片，還能體會到當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

記得當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。

這個直流電機就是按摩枕的動力來源。之所以當時想拆開它，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的工作原理的推文。所有參加智能車競賽的同學都會在自己的車模上碰到這種小型直流電機。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？

電機轉子和磁鋼定子

現在看起來除了它的內容相對比較淺顯易懂，同時使用了網絡上很多的動圖顯示原理，可能更重要的是使用了學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內部結構和原理有了更加清晰的認識，但是當我打開這個功率稍微大一點的直流電機之后，還是被它內部的復雜結構震懾住了。

直流電機內部的12個磁極和24片換流接觸片

直流電機內部的轉子，居然有12個磁極。同時也配有12個轉子線圈。每個線圈是繞制在相鄰五個磁極的線圈溝槽內。

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

直流電機轉子上的電樞和換流環

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

這些線圈雖然是串聯在一起，當電極的電刷對稱接觸換流環時。分布在電刷兩側的線圈所通過的電流方向是相反的。

轉子線圈與換流電極結合

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

由于轉子的存在，實際上也改變了電機內部磁場的分布。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生的磁場，轉子上所產生的磁力矩應該是有這兩個磁場相互作用產生的。力矩的大小與線圈磁通量的變化率成正比。

電機內的轉子和外部的定子

當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。當磁極正好處在從一個磁鋼轉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，磁通量就會發生很大的變化。

每個磁極的磁通量以及對應的磁通量變化率

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產生感應電動勢。由此將輸入的電能轉換成轉子運動的機械能。

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

當然，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學模型繪制的仿真曲線。具體轉子在旋轉過程中，它所受到的電磁力矩是什么波形，內部產生的感應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，就是在轉子上的換流片上，每個電機對應的電極焊接一個發光二極管，在轉子轉動的時候，它內部所產生的感應電動勢能夠點亮LED，那就是一個非常直觀的顯示。

原本設想在換流環上焊接LED，結果失敗了

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

也罷，最后這個實驗只能以失敗告終。

愉快的寒假結束了，現在已經上了一個禮拜的課程了。現在回頭再看看當時的對電機分解過程，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