无刷直流电动机模型

直流电动机根据结构的不同，分为有刷电机和无刷电机两种。有刷电机的转子是线圈，定子是磁铁，还要有换向器和电刷来不断改变转子线圈里的电流方向，线圈连着换向片，换向片固定于转轴上，随电机轴一起旋转，电刷在空间上固定不动。无刷电机采用电子换向装置，代替了传统的机械换向装置（换向器和电刷），由控制器提供不同方向的直流电，来达到电机线圈电流方向的交替变换。在2014年第1期介绍了有刷直流电机的模型，本期介绍一个简单的无刷电机模型。跟有刷电机比较，它具有结构简单、效率高、转速快等优点。

准备材料：

无刷直流电动机模型包括电源、支架、电磁铁线圈（定子）、转子4个部分。需要2节5号电池盒、2块铜片、1个干簧管、1支两头削尖的铅笔、泡沫塑料、小磁铁、漆包线、木板、螺丝钉、小刀、螺丝刀、双面胶等。

无刷电机模型的关键部件之一是干簧管，通过它控制定子线圈中电流的通断，达到电子控制的目的。干簧管又叫磁控开关，顾名思义就是一种可以用磁铁来控制通断的开关。常见的干簧管就是一个密封的细玻璃管，里面有两个簧片。无磁场时，簧片是不互相接触的，就是说这个磁控开关是断开的；当有磁场靠近时，簧片感应出磁性而吸合，开关导通。

需要注意的是，只有当外来磁场的磁力线平行穿过干簧管的簧片时，它才能有效吸合。因此假如用一块磁铁来控制干簧管，磁铁的轴心应该与干簧管平行，侧面应该正对着它。

制作过程：

1.参照直流电动机模型制作模型支架和转子（图1、2）。

2.把铅笔尖放进铜片支架上用钉子砸出的凹坑里，不宜夹得太紧，用手轻轻一碰，转子应该能非常轻松地转动（图3）。

3.用0.5毫米直径的漆包线绕大约60圈，制成电磁铁线圈，两端各留出5～6厘米长，末端刮去绝缘漆。把电磁铁线圈用双面胶固定在转子的正下方，要求不影响转子转动，但是与转子之间的距离应尽量小（图4）。

4.将电磁铁线圈的一端与电源的负极连接，另一端串联焊接好干簧管，再与电源的正极连接。此时干簧管是断开的，因此线圈中并没有电流通过，电动机不工作。将转子保持竖直方向，干簧管也保持竖直，中心对准转子下端磁铁的侧面，这是初始状态（图5）。

5.移动干簧管，使其慢慢靠近磁铁，当距离足够近时，磁铁使干簧管闭合，线圈中就会有电流通过。电磁铁线圈通电以后产生磁场，如果它与磁铁相互吸引，需要对调电源的正负极；如果电磁铁排斥转子上的磁铁，那么转子就会被推动，以逆时针方向转动。

6.当磁铁转过一定角度以后，远离干簧管，于是干簧管重新断开，电磁铁线圈中没有电流通过，也不再推动转子。转子依靠惯性继续转动，原先下端的磁铁转到上端，上端的磁铁转到下端，且靠近电磁铁线圈。

当原先上端的磁铁转过最低端时，再次使干簧管闭合，电磁铁线圈也将再次通电，因此又推动转子继续逆时针转动。周而复始，电动机便持续转动起来了（图6）。因为没有电刷带来的阻力，因此这个无刷电动机模型的转速很快，甚至可以达到每分钟上千转，且转动非常平稳。

通过微调干簧管与磁铁之间的距离，可以改变转子的转速。干簧管距磁铁较远时，不能保证每一次都有效闭合，因此对转子的推动力降低，转速就变慢；反之转速变快，相当于一个调速电动机模型！当电动机工作时近距离观察，会看到干簧管簧片之间存在细小的电火花，并能听到轻微的“啪啪”声。这是因为通过干簧管的电流比较大，并且频率较高，簧片之间出现了打火现象。这会降低干簧管的使用寿命，因此实际无刷电机的工作电流并不能直接经过干簧管，而是由专门的放大电路来提供。