格物致知、诚意正心
在任何给定的时刻，您都至少接近一种或两种类型的电动机。从手机中的振动马达，到您喜欢的游戏系统中的风扇和CD驱动器，马达无处不在。电机为我们的设备提供了一种与我们和环境互动的方式。在电动机的众多应用中，它们的设计和操作可能会有所不同。
最模糊和简单的答案就是磁力！好吧，现在让我们简单地运用这一力量，将其变成一辆超级跑车！
为了使事情简单，我们将需要通过思想实验的角度来看一些概念。我们会采取一些自由行动，但是如果您想了解细节，可以咨询格里菲斯博士。对于我们的思想实验，我们将陈述磁场是由移动的电子即电流产生的。虽然这创建了供我们使用的经典模型，但是当我们达到原子级别时，事情就崩溃了。为了进一步了解磁性的原子能级，格里菲斯（Griffiths）在另一本书中解释说……
为了产生一个磁铁或磁场，我们将不得不研究它们是如何产生的。电流和磁场之间的关系按照右手法则行事。当电流通过导线时，当手指缠绕在导线周围时，会在导线的方向上在导线周围形成磁场。这是对安培力定律的简化，因为它作用在载流导线上。现在，如果将同一根导线放在预先存在的磁场中，则可以产生力。该力称为洛伦兹力。
右手定律显示了磁场相对于电流路径的方向。（图片来源：HyperPhysics）
如果电流增加，则磁场强度会增强。但是，要在该领域做一些有用的事情，将需要大量电流。此外，传递电流的导线将具有相同的磁强度，从而产生不受控制的磁场。通过将导线弯曲成环，可以创建有向的集中场。
该字段未更改。通过将导线弯曲成环形，可以简单地将磁场方向对准。（图片来源：HyperPhysics）
通过绕线并通过电流，可以创建一个电磁体。如果一根线可以集中精力，那么您又可以做什么呢？怎么样了几百多！添加到电路中的回路越多，对于给定电流，磁场就越强。如果是这样，为什么我们看不到电动机和电磁铁中成千上万的绕组？好吧，导线越长，其电阻就越高。 欧姆定律（V = I * R）说要保持与电阻增加相同的电流，电压必须增加。在某些情况下，使用较高的电压是有意义的。在其他情况下，则使用较大的导线且电阻较小。使用较大的导线成本更高，并且通常更难使用。这些是设计电动机时必须权衡的因素。
产生磁场的通电电磁体。（图片来源：HyperPhysics）
要创建自己的电磁体，只需找到一个螺栓（或其他圆形的钢制物体），一些电磁线（30-22规格即可）和一个电池。注意：本实验不建议使用锂电池。
将钢丝缠绕75-100圈。使用钢制中心可进一步集中磁场，从而提高其有效强度。在下一节中，我们将讨论为什么会发生这种情况。
一点热收缩或胶带可以帮助将线圈保持在钢中心。
现在，使用砂纸去除导线末端的绝缘，然后将每根导线连接到电池的每个端子。恭喜你！您已经构建了电动机的第一个组件！要测试电磁体的强度，请尝试拾起回形针或其他小的钢制物体。
这不是魔术，而是科学！！！
回顾我们的思想实验的开始，磁场可能仅由电流产生。将电流定义为电子的流动，绕原子运行的电子应产生电流，从而产生磁场！如果每个原子都有电子，那么一切都具有磁性吗？是的！当给予足够的能量时，包括青蛙在内的所有物质都可以表达磁性。但是，并非所有的磁场都是平等产生的。我之所以可以拿起螺丝与refriderator magnent而不是青蛙的区别是铁磁性和顺磁性。区分这两种（以及其他几种类型）的方法是通过研究量子力学。
铁磁性将是我们的重点，因为它是最强烈的现象，也是我们最有经验的现象。此外，为了使我们不必在量子水平上理解这一点，我们将接受铁磁材料的原子倾向于将其磁场与它们的邻居对齐。尽管它们趋于对齐，但材料和晶体结构等其他因素的不一致会产生磁畴。
当磁畴以随机顺序排列时，相邻的磁场会相互抵消，从而导致未磁化的材料。一旦存在强大的外部场，就有可能重新排列这些域。通过对齐这些域，整个领域得以增强，从而产生了吸引力！
（图片来源：HyperPhysics）
根据磁场强度，这种重新对准可以是永久的。这很棒，因为在下一部分中我们将需要这些。
永磁体的行为与电磁体相同。唯一的区别是，它们是永久的。
在所有附图中，箭头将指向远离北极并指向南极的方向。另一个约定是使用红色代表北方，蓝色代表南方。要确定磁体的极性，可以使用指南针。由于相反的方向吸引，所以指针将指向磁体的南极。
您可以使用电磁铁执行相同的实验来确定极性。
如果反转电流，则可以看到电磁体如何反转其磁极。
这是制造电机的关键原则！现在，让我们看一些不同的电动机，以及它们如何使用磁铁和电磁体。
直流电刷电动机是当今使用的最简单的电动机之一。您几乎可以在任何地方找到这些电机。它们在家用电器，玩具和汽车中。这些电动机易于构造和控制，是专业人员和业余爱好者的首选解决方案。
为了更好地理解一个人的工作原理，让我们从拆解一个简单的爱好马达开始。如您所见，它们结构简单，由一些关键组件组成。
绕组通电后，它们会吸引到电动机周围的磁铁上。这将使电动机旋转，直到电刷与新的换向器触点接触为止。这个新的触点为一组新的绕组通电，并再次开始该过程。要反转电动机的方向，只需反转电动机触点上的极性即可。电刷跳到下一个触点时，在电刷电动机中产生火花。线圈的每根导线都连接到两个最接近的换向器触点。
总是使用奇数个绕组来防止电动机锁定到稳定状态。较大的电动机还使用更多组绕组，以帮助消除“齿槽效应”，从而在低转速（每分钟转数）（RPM）下提供平稳的控制。可以通过用手旋转电机轴来证明齿槽效应。在磁铁最靠近裸露的定子的运动中，您会感觉到“颠簸”。可以通过一些技巧消除齿槽效应，但是最普遍的是一起去除定子。这些类型的电动机称为无铁或无芯电动机。
无刷电机正在接管！好的，也许这是一个夸大的说法。但是，无刷电动机已经开始在飞机和地面车辆之间的爱好市场中占据主导地位。控制这些电动机一直是一个障碍，直到微控制器变得便宜，功能强大到足以完成任务为止。仍在开发更快，更高效的控制器以释放其惊人潜力的工作。在没有电刷失效的情况下，这些电机可以提供更大的功率，并且可以无声地运行。大多数高端设备和车辆正在转向无刷系统。特斯拉Model S是一个著名的例子。
为了更好地理解一个人的工作原理，让我们首先拆下一个简单的无刷电机。这些通常在遥控飞机和直升机上发现。
无刷电机的机械原理非常简单。唯一运动的部分是转子，其中包含磁铁。事情变得复杂的地方是安排激励绕组的顺序。每个绕组的极性由电流的方向控制。动画演示了控制器遵循的简单模式。交流电会改变极性，使每个绕组具有“推/拉”效果。诀窍是使这种模式与转子的速度保持同步。有两种（广泛使用的）方法可以实现。大多数业余控制器会测量产生的电压（反EMI）在未通电的绕组上。该方法在高速运行中非常可靠。随着电动机的旋转速度变慢，产生的电压变得更加难以测量，并且会引起更多的误差。较新的爱好控制器和许多工业控制器都使用霍尔效应传感器直接测量磁体的位置。这是控制计算机风扇的主要方法。
步进电机是用于位置控制的出色电机。它们可以在台式打印机，绘图仪，3d打印机，CNC铣床以及任何需要精确位置控制的其他设备中找到。步进电机是无刷电机的特殊领域。它们专为高保持扭矩而制造。这种高保持扭矩使用户能够逐步“步进”到下一个位置。这样就形成了一个不需要编码器的简单定位系统。这使得步进电机控制器的构建和使用非常简单。
为了更好地理解一个人的工作原理，让我们从拆卸一个简单的步进电机开始。如您所见，这些电动机是为包含一些关键组件的直接驱动负载而设计的。
（图片来源：PCB天堂）
步进电机的行为与无刷电机完全相同，只是步距要小得多。唯一运动的部分是转子，其中包含磁铁。事情变得复杂的地方是安排激励绕组的顺序。每个绕组的极性由电流的方向控制。动画演示了控制器遵循的简单模式。交流电会改变极性，使每个绕组具有“推/拉”效果。一个显着的区别是步进器的磁体结构是如何不同的。很难获得一个在小规模上表现良好的磁体阵列。这也很昂贵。为了解决这个问题，大多数步进电机利用叠板方法将磁极引导到“牙齿”中。
在无刷电机中，反电动势用于测量速度。步进器依靠每个绕组的短距离来“保证”其达到所需的时间点。在高速行驶中，这可能导致失速，导致转子无法跟上时序。有很多解决方法，但是它们依赖对电动机绕组和电感之间关系的更高理解。
未来是线性的！在高速取放机器中，速度就是一切。速度带来摩擦，摩擦带来维护，维护带来停机，停机带来生产力损失。通过删除将旋转运动转换为线性运动所需的组件，该系统变得更轻，更有效。直线电机易于维护，并且只有一个运动部件，可靠性极高。我是否提到过它们的运行速度快得惊人？！这是我们在生产中使用的取放机器，速度非常快！这台机器还装有这样的打孔器，上面有警告心脏起搏器的警告。一整排高功率的稀土磁铁。
为了更好地了解其工作原理，让我们在楼下的取放机器内部查看。
线性电动机的原理几乎与无刷电动机相同。唯一的区别是，如果您要带一个无刷电机并将其展开成一条直线，那么您将拥有一个线性电机。运动模块是唯一的运动部件。事情变得复杂的地方是编排激励线圈的顺序。每个线圈的极性由电流的方向控制。动画演示了控制器遵循的简单模式。交流电会改变极性，从而使每个线圈具有“推/拉”效果。在线性电动机中，通常会有一个编码器或一些高级定位系统来跟踪运动模块的位置。为了达到较高的位置精度，控制器要比常规系统复杂得多。是一种“节流”磁体以提供平稳，精确运动的方法。为了达到这个目的，线性电动机需要为每个电动机调整的高度专业化的控制器。随着控制器技术的改进，我们很可能会看到这些电机的价格下降。也许有一天，我们的3D打印机将在几秒钟而不是几小时内完成打印！
https://learn.sparkfun.com/tutorials/motors-and-selecting-the-right-one
一、电机是一种能量转换装置，它是将______能转化为______能
答案；电机是一种能量转换装置，它是将（机械能）能转化为（电）能
一、用电池供电时，将两根线调换后，电机会怎样？
答案：反转
三、想要控制电机转速，我们可以控制________
答案：电压
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