以6槽3線圈的永磁直流電機(jī)為例，微型電機(jī)結(jié)構(gòu)簡答，工作原理如圖所示

圖一：觀察電路

  上圖為永磁微型直流電機(jī)的模擬截面圖，轉(zhuǎn)子上有6個槽【A,a/B,b/C,c】，圖②中一條線，一條線圈引線從換向器頂端經(jīng)過A向?qū)γ嫜由?，與a對側(cè)連接。B-b、C-c線圈也有這樣的跨線，由圖可知換向器被分成3份，AC、Bc、ab的線圈末端連接在一起。

  持繼續(xù)旋轉(zhuǎn)的原理按圖將永磁體、電刷、電池進(jìn)行初始化設(shè)置，此時根據(jù)弗萊明左手定則，線圈各自產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩。在此狀態(tài)下將轉(zhuǎn)子按順時針方向旋轉(zhuǎn)30°，

  狀態(tài)變?yōu)閳D③所示。C-c線圈的兩端電壓皆為正，電流不流通。因此，C-c線圈無法產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。再將其向右旋轉(zhuǎn)30°，如圖④所示，圖中粗箭頭表示產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩。如此反復(fù)，即可持續(xù)旋轉(zhuǎn)。

  考慮槽的意義——轉(zhuǎn)矩波

  生成的轉(zhuǎn)矩按照上述位置移動，比較2槽電機(jī)與6槽電機(jī)會發(fā)現(xiàn)兩者存在巨大差異，如圖二所示。2槽電機(jī)轉(zhuǎn)矩位于0°的位置時并無實(shí)際用途。原理上，在槽數(shù)較少的情況下，啟動電機(jī)需要大轉(zhuǎn)矩，此時必須考慮轉(zhuǎn)矩波的計算。

圖二：轉(zhuǎn)矩波的比較齒槽轉(zhuǎn)矩及對策

  齒槽轉(zhuǎn)矩是由定子永磁體與轉(zhuǎn)子齒槽引起的磁力變化產(chǎn)生的脈沖轉(zhuǎn)矩波。脫機(jī)狀態(tài)下的輸出軸無法順暢旋轉(zhuǎn)。此時，使用者要區(qū)別出需要慢速轉(zhuǎn)動（或卡頓時操作）的位置和無需慢速轉(zhuǎn)動的位置。這就是齒槽轉(zhuǎn)矩的工作原理。如果不想應(yīng)對齒槽轉(zhuǎn)矩，可采用奇數(shù)槽或扭轉(zhuǎn)鐵心轉(zhuǎn)子。

  單相換向器微型電機(jī)

  單相換向器微型電機(jī)的定子雖為繞組勵磁型，但直流電源下僅存在永磁鐵與電磁體的差異，旋轉(zhuǎn)原理基本相同。此處將定子磁體與線圈進(jìn)行比較，如圖三所示，可清晰看出二者僅在永磁體和電磁鐵的方面存在不同，原理完全相同。

圖三：定子磁場即使改變電源極性也不會發(fā)生反轉(zhuǎn)

  改變單相換向器微型電機(jī)的電源極性，旋轉(zhuǎn)方向會發(fā)生變化，但繞組勵磁型換向器電機(jī)仍會向同一方向繼續(xù)旋轉(zhuǎn)。永磁體型換向器電機(jī)的永磁體極性不會改變，但繞組勵磁型換向器電機(jī)中，一旦轉(zhuǎn)子中的電流方向發(fā)生變化，轉(zhuǎn)子磁場的磁性也會發(fā)生變化。這是由弗萊明左手定則得出的結(jié)論。為了使繞組勵磁型換向器電機(jī)反轉(zhuǎn)，需要只改變定子與轉(zhuǎn)子中某一方的極性。

  轉(zhuǎn)動單相換向器微型電機(jī)

  觀察單相換向器微型電機(jī)接入交流電時的情況。由圖可知，接入交流電時，定子的兩極隨交流電的周期改變。此時，轉(zhuǎn)子中的電流方向也隨著交流電周期改變。如圖四所示，并未改變旋轉(zhuǎn)方向。

圖四：線圈磁場型電機(jī)在交流電壓下的運(yùn)轉(zhuǎn)

  電樞反作用、中性點(diǎn)與整流火花旋轉(zhuǎn)時電機(jī)磁場的中性點(diǎn)

  旋轉(zhuǎn)時的換向器微型電機(jī)由定子側(cè)永磁體或勵磁繞組產(chǎn)生磁通量。轉(zhuǎn)子繞組中有電流流通，仍可產(chǎn)生磁通量。因此，兩種磁通量會在旋轉(zhuǎn)的電機(jī)內(nèi)部形成合成磁通量。由圖五可知，受磁通量影響較小的中性軸，相對于旋轉(zhuǎn)方向，在負(fù)載的作用下偏離磁場兩極中垂線的位置。因電樞的反作用，磁通量方向發(fā)生變化。

圖五：大負(fù)荷產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子反作用與中性點(diǎn)的位置關(guān)系

  將電刷置于中性點(diǎn)可防止火花飛濺

  電刷通常處于與磁場兩極中垂線的位置（電氣中性軸位置）。微型電機(jī)單向旋轉(zhuǎn)時，可將電刷放置于中性點(diǎn)，避免整流火花的不良影響。在現(xiàn)實(shí)生活中，對小型電機(jī)不會采取制作層面的措施，如移動電刷位置，而是多采用改變轉(zhuǎn)子接線，形成進(jìn)角的方法。但在可調(diào)整電刷位置、更改電機(jī)細(xì)微特性的電機(jī)以及大型直流電機(jī)中配有稱為輔極的線圈，可修正磁通量偏移。也可采取使中性點(diǎn)返回適當(dāng)位置的方法。

  如果電刷不在中性點(diǎn)上

  觀察電刷切換電流的瞬間，即可解開此謎。如圖六所示，線圈一旦在電刷中短路，電流便不會流入線圈，電壓為0時才能達(dá)到理想的整流狀態(tài)。延遲電流（i）產(chǎn)生的電抗電壓（di/dt），中性點(diǎn)位置偏離產(chǎn)生的磁通量（Φ）和線圈（N）共同作用會產(chǎn)生感應(yīng)電圧N（dΦ/dt）。兩者合成會產(chǎn)生線圈電感（L）中的電壓，在切斷電路的瞬間便會產(chǎn)生火花。

圖六：轉(zhuǎn)矩電流的切換