电动巡逻车直流电动机的结构和工作原理

电动巡逻车直流电机按其能量转换方向的不同分为直流发电机和直流电动机，两者之间具有可逆性。对于直流电动机，当给电枢绕组通入直流电流时，通过电刷和换向器转换为交变电流。使处于主极磁场中绕组的线圈始终受...

电动巡逻车直流电机按其能量转换方向的不同分为直流发电机和直流电动机，两者之间具有可逆性。对于直流电动机，当给电枢绕组通入直流电流时，通过电刷和换向器转换为交变电流。使处于主极磁场中绕组的线圈始终受到相同方向电磁转矩的作用，保证了电动机连续转动，从而实现电能到机械能的转换。对于直流发电机，当原动机拖动电枢转动时，电枢绕组的线圈切割主极磁场而产生交变感应电动势，再通过电刷和换向器转换为直流电动势，由电枢绕组输出直流电流，从而实现机械能到电能的转换。

电动巡逻车直流电动机主要由定子（固定不动）和转子（旋转）两大部分组成，其基本组成如图1和图2所示。

直流电动机的定子与转子之间有空隙，称为气隙。其中定子部分又包括机座，主磁极（N、S极）、换向极、端盖、电刷等，转子部分又包括电枢铁芯、电枢绕组、换向器、转轴等。

电动巡逻车直流电动机的工作原理比较简单，如图3所示。根据安培电磁力定律，当一载流导线放置在磁场中时，将产生作用于导线上的磁场力，该力垂直于导线和磁场。若把电刷接到电源上，在电枢线圈中就会有电流流过，在电枢线圈中产生电磁力，使转子旋转。由于有电刷和换向器使得电枢绕组中产生的是交变电流，因此保证了电磁力的方向不改变，使得转子可以连续地按一个方向旋转。

磁场是电动巡逻车电机实现机电能量转换的耦合场。磁场能量主要储存在直流电动机定、转子之间气隙中。因此，气隙磁场的分布直接关系到感应电动势的产生和机电能量的转换。直流电动机空载时，气隙磁场是由主极励磁磁动势单独产生，在几何中性线处径向磁通密度为零。直流电动机负载时，气隙磁场是由主极励磁磁动势和电枢磁动势共同产生，几何中性线处径向磁通密度不为零，电枢表面径向磁通密度为零的连线物理中性线偏离了几何中性线一定的角度，即气隙磁场相对空载时发生了畸变，并使每极下的磁通量有所削弱。这就是直流电动机的电枢反应。当电动机负载发生变化时，电枢磁动势就会发生相应变化，电枢反应的轻重就会有所不同。

直流电动机的电枢反应会对电动巡逻车电动机的换向造成不利影响。所谓换向是指电枢元件从一条支路转换到另一条支路时，元件中电流改变方向的过程。当电枢反应使气隙磁场发生畸变后，会在换向元件中产生感应电动势，该电动势阻碍电流变化（另外，还有元件本身具有的电感也阻碍电流变化），由此导致换向延迟，引起换向火花，严重时将烧坏电刷和换向器。可以通过加装换向极和移动电刷来改善换向。