無刷直流電動機模型

直流電動機根據結構的不同，分為有刷電機和無刷電機兩種。有刷電機的轉子是線圈，定子是磁鐵，還要有換向器和電刷來不斷改變轉子線圈里的電流方向，線圈連著換向片，換向片固定于轉軸上，隨電機軸一起旋轉，電刷在空間上固定不動。無刷電機采用電子換向裝置，代替了傳統的機械換向裝置（換向器和電刷），由控制器提供不同方向的直流電，來達到電機線圈電流方向的交替變換。在2014年第1期介紹了有刷直流電機的模型，本期介紹一個簡單的無刷電機模型。跟有刷電機比較，它具有結構簡單、效率高、轉速快等優點。

準備材料：

無刷直流電動機模型包括電源、支架、電磁鐵線圈（定子）、轉子4個部分。需要2節5號電池盒、2塊銅片、1個干簧管、1支兩頭削尖的鉛筆、泡沫塑料、小磁鐵、漆包線、木板、螺絲釘、小刀、螺絲刀、雙面膠等。

無刷電機模型的關鍵部件之一是干簧管，通過它控制定子線圈中電流的通斷，達到電子控制的目的。干簧管又叫磁控開關，顧名思義就是一種可以用磁鐵來控制通斷的開關。常見的干簧管就是一個密封的細玻璃管，里面有兩個簧片。無磁場時，簧片是不互相接觸的，就是說這個磁控開關是斷開的；當有磁場靠近時，簧片感應出磁性而吸合，開關導通。

需要注意的是，只有當外來磁場的磁力線平行穿過干簧管的簧片時，它才能有效吸合。因此假如用一塊磁鐵來控制干簧管，磁鐵的軸心應該與干簧管平行，側面應該正對著它。

制作過程：

1.參照直流電動機模型制作模型支架和轉子（圖1、2）。

2.把鉛筆尖放進銅片支架上用釘子砸出的凹坑里，不宜夾得太緊，用手輕輕一碰，轉子應該能非常輕松地轉動（圖3）。

3.用0.5毫米直徑的漆包線繞大約60圈，制成電磁鐵線圈，兩端各留出5～6厘米長，末端刮去絕緣漆。把電磁鐵線圈用雙面膠固定在轉子的正下方，要求不影響轉子轉動，但是與轉子之間的距離應盡量小（圖4）。

4.將電磁鐵線圈的一端與電源的負極連接，另一端串聯焊接好干簧管，再與電源的正極連接。此時干簧管是斷開的，因此線圈中并沒有電流通過，電動機不工作。將轉子保持豎直方向，干簧管也保持豎直，中心對準轉子下端磁鐵的側面，這是初始狀態（圖5）。

5.移動干簧管，使其慢慢靠近磁鐵，當距離足夠近時，磁鐵使干簧管閉合，線圈中就會有電流通過。電磁鐵線圈通電以后產生磁場，如果它與磁鐵相互吸引，需要對調電源的正負極；如果電磁鐵排斥轉子上的磁鐵，那么轉子就會被推動，以逆時針方向轉動。

6.當磁鐵轉過一定角度以后，遠離干簧管，于是干簧管重新斷開，電磁鐵線圈中沒有電流通過，也不再推動轉子。轉子依靠慣性繼續轉動，原先下端的磁鐵轉到上端，上端的磁鐵轉到下端，且靠近電磁鐵線圈。

當原先上端的磁鐵轉過最低端時，再次使干簧管閉合，電磁鐵線圈也將再次通電，因此又推動轉子繼續逆時針轉動。周而復始，電動機便持續轉動起來了（圖6）。因為沒有電刷帶來的阻力，因此這個無刷電動機模型的轉速很快，甚至可以達到每分鐘上千轉，且轉動非常平穩。

通過微調干簧管與磁鐵之間的距離，可以改變轉子的轉速。干簧管距磁鐵較遠時，不能保證每一次都有效閉合，因此對轉子的推動力降低，轉速就變慢；反之轉速變快，相當于一個調速電動機模型！當電動機工作時近距離觀察，會看到干簧管簧片之間存在細小的電火花，并能聽到輕微的“啪啪”聲。這是因為通過干簧管的電流比較大，并且頻率較高，簧片之間出現了打火現象。這會降低干簧管的使用壽命，因此實際無刷電機的工作電流并不能直接經過干簧管，而是由專門的放大電路來提供。