(2)直流电机
由于历史的发展,已经可以通过原电池提供直流电能,这样就诞生了第一台电动机械式能量转换器,即直流电机。首台直流电机制造于1830年。大约自1890年起随着三相交流电的出现同步电机逐渐取代了直流电机的主导地位。直到今天直流电机仍旧作为一种主流电机被广泛使用。在车辆电气系统中作为车窗玻璃刮水器、车窗升降器、鼓风机和伺服电机大量使用了最大功率约为100W的直流电机。
如图21所示,直流电机可以将(直流电流形式的)电能转化为动能。它由一个固定部件—定子和一个转动支撑部件—转子(电枢)组成。大多数直流电机采用内部转子结构,即转子是内部部件,定子是外部部件。定子由电磁铁组成,在小型直流电机内由永久磁铁构成。
如图22、图23所示,电机工作原锂以作用力施加在磁场内的载流导体上为基础。载流导体的磁场和永久磁铁的磁场相互影响。如果永久磁铁牢固固定且导体以可转动方式支撑,则会在导体上施加一个作用力。通过作用力的影响转动载流导体。导体上的作用力取决于:导体内的电流强度、磁场强度、导体有效长度(线圈圈数)。
为了提高作用力的影响,使用带有铁芯的线圈代替载流导体。在图24中仅显示了一个线圈,以便于更好的进行描述。在线圈上施加电压时,线圈内流动的电流产生一个磁场(线圈磁场)。永久磁铁两极间的磁场和线圈磁场形成一个总磁场。根据线圈内的电流方向产生一个左旋或右旋力矩。线圈继续转动,直至线圈磁场方向与永久磁体两极间磁场方向相同。随后线圈停留在所谓的磁极磁场中性区域内。为了能够继续转动,必须改变线圈内的电流方向。在此通过与线圈起始端和线圈末端连接的电流换向器(集电环)实现电流方向的切换。每旋转180°集电环切换电流方向一次,从而实现连续转动。图25为在共用铁芯上的多个线圈的在技术应用中通过一个分段集电环和滑动触点(碳刷)为电枢输送电流。集电环由金属段组成,金属段与细条状绝缘材料(塑料、空气)一起构成间断的圆柱或圆形面。用于输送电流的两个碳刷通过弹簧压紧在集电环上。