要了解電動機(jī)的工作原理，關(guān)鍵是要了解電磁鐵的工作原理。

    電磁鐵是電動機(jī)的基礎(chǔ)。假設(shè)您通過將 100 圈電線纏繞在釘子上并將其連接到電池來創(chuàng)建一個簡單的電磁鐵。連接電池后，釘子會變成磁鐵并具有北極和南極。

    現(xiàn)在假設(shè)您拿起釘子電磁鐵，將一根軸穿過它的中間并將其懸掛在馬蹄形磁鐵的中間，如圖所示。如果將電池連接到電磁鐵上，使釘子的北端如圖所示，磁學(xué)的基本定律告訴您會發(fā)生什么：電磁鐵的北端將被馬蹄形磁鐵的北端排斥并吸引到馬蹄形磁鐵的南端。電磁鐵的南端將以類似的方式被排斥。釘子會移動半圈，然后停在所示位置。

    電機(jī)的動畫圖像
    您可以通過改變電子的方向來翻轉(zhuǎn)磁場。
    事情怎么樣
    電動機(jī)的關(guān)鍵是更進(jìn)一步，以便在這半圈運(yùn)動完成的那一刻，電磁鐵的磁場翻轉(zhuǎn)。您可以通過改變電子在導(dǎo)線中流動的方向來翻轉(zhuǎn)磁場，這意味著翻轉(zhuǎn)電池。翻轉(zhuǎn)使電磁鐵完成另一半圈的運(yùn)動。如果在每半圈運(yùn)動結(jié)束時恰好在正確的時刻翻轉(zhuǎn)電磁鐵的磁場，電動機(jī)就會自由旋轉(zhuǎn)。

    直流電機(jī)的工作原理

    電動機(jī)圖
    這里的電機(jī)中有兩個磁鐵：轉(zhuǎn)子（綠色）是一個電磁鐵，而場磁鐵是一個永磁體。
    事情怎么樣
    正如我們提到的，您會遇到兩種類型的電動機(jī)：直流電和交流電。后者是直流電機(jī)或 DC 電機(jī)，早是在 1800 年代中期開發(fā)的，至今仍在使用。
    一個簡單的電機(jī)有六個部分：
    定子
    轉(zhuǎn)子
    換向器
    筆刷
    軸
    直流電源
    直流電機(jī)的外部是定子：一個不動的永磁體。里面的部分是轉(zhuǎn)子，它會運(yùn)動。這里的轉(zhuǎn)子就像我們前面例子中的釘子，定子就像馬蹄形磁鐵。
    當(dāng)直流電通過轉(zhuǎn)子時，它會產(chǎn)生一個與定子的磁場相互作用的臨時電磁場。換向器的工作是保持磁場的極性翻轉(zhuǎn)，從而使轉(zhuǎn)子保持旋轉(zhuǎn)。這會產(chǎn)生產(chǎn)生機(jī)械動力所需的扭矩。

    玩具馬達(dá)

    玩具電機(jī)圖
    從外面您可以看到構(gòu)成電機(jī)主體的鋼罐、一個軸、一個尼龍端蓋和兩個電池引線。
    事情怎么樣
    圖中的玩具直流電機(jī)很小，大約只有一角硬幣那么大，有兩條電池引線。如果將電機(jī)的電池引線連接到電池上，軸就會旋轉(zhuǎn)。如果你反轉(zhuǎn)導(dǎo)線，它會朝相反的方向旋轉(zhuǎn)。
    尼龍端蓋由兩個卡舌固定到位。在端蓋內(nèi)部，當(dāng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)時，電機(jī)的電刷將電能從電池傳輸?shù)綋Q向器。（因?yàn)殡娝p并需要更換，所以現(xiàn)代直流電機(jī)通常是無刷的。）
    軸固定轉(zhuǎn)子和換向器。轉(zhuǎn)子是一組電磁鐵，在本例中為三個。該電機(jī)中的電樞是一組堆疊在一起的薄金屬板，細(xì)銅線纏繞在轉(zhuǎn)子的三個極上。每根導(dǎo)線的兩端（每極一個）連接到一個端子，然后將三個端子中的每一個連接到換向器的一個極板上。
    任何直流電動機(jī)的一部分是定子。在這個電機(jī)中，它由罐體本身加上兩個彎曲的永磁體組成。在直流電機(jī)中，電樞是轉(zhuǎn)子，磁場是定子。
    轉(zhuǎn)子、換向器和電刷
    換向器的觸點(diǎn)連接到電磁鐵的軸上，因此它們與磁鐵一起旋轉(zhuǎn)。
    換向器的觸點(diǎn)連接到電磁鐵的軸上，因此它們與磁鐵一起旋轉(zhuǎn)。
    正如我們之前提到的，轉(zhuǎn)子就像電磁鐵圖中的釘子。換向器也連接到軸上。換向器只是連接在軸上的一對板。這些板為電磁鐵的線圈提供兩個連接。
    電動機(jī)的“翻轉(zhuǎn)電場”部分由兩部分完成：換向器和電刷。
    該圖顯示了換向器（綠色）和電刷（紅色）如何協(xié)同工作，讓電流流向電磁鐵，并在適當(dāng)?shù)臅r候翻轉(zhuǎn)電子流動的方向。換向器的觸點(diǎn)連接到電磁鐵的軸上，因此它們與磁鐵一起旋轉(zhuǎn)。電刷只是兩塊與換向器觸點(diǎn)接觸的彈性金屬或碳。
    把它們放在一起
    當(dāng)你把所有這些部件放在一起時，你就擁有了一個完整的電動機(jī)。
    關(guān)鍵是當(dāng)轉(zhuǎn)子通過水平位置時，電磁鐵的磁極翻轉(zhuǎn)。由于翻轉(zhuǎn)，電磁鐵的北極始終在軸的上方，因此可以排斥定子的北極并吸引定子的南極。
    通常，轉(zhuǎn)子將具有三個磁極，而不是本文所示的兩個磁極。電機(jī)具有三個極有兩個很好的理由：
    它使電機(jī)具有更好的動力。在雙極電機(jī)中，如果電磁鐵處于平衡點(diǎn)，在電機(jī)啟動時完全水平地位于定子的兩個極之間，您可以想象轉(zhuǎn)子會“卡住”在那里。三極電機(jī)永遠(yuǎn)不會發(fā)生這種情況。
    每次換向器到達(dá)它翻轉(zhuǎn)兩極電機(jī)中的磁場的點(diǎn)時，換向器都會使電池短路片刻。這種短路會浪費(fèi)能量并不必要地耗盡電池電量。三極電機(jī)也解決了這個問題。
    可以有任意數(shù)量的極數(shù)，這取決于電機(jī)的大小和它需要做什么。
    交流電機(jī)的工作原理
    現(xiàn)在，我們來看看交流電機(jī)。交流電機(jī)使用交流電而不是直流電。它與直流電機(jī)共享許多部件，仍然依靠電磁和翻轉(zhuǎn)磁場來產(chǎn)生機(jī)械動力。
    交流電動機(jī)內(nèi)部的零件是：
    定子
    轉(zhuǎn)子
    實(shí)心軸
    線圈
    鼠籠
    交流電機(jī)中的定子繞組起到了直流電機(jī)轉(zhuǎn)子的作用。在這種情況下，它是一圈電磁鐵，它們配對并按順序通電，從而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。
    交流電機(jī)
    一種工業(yè)型交流電機(jī)，電氣接線盒在上，輸出轉(zhuǎn)軸在左，鼠籠罩在上面。
    EGZON123/CC BY-SA 3.0/維基媒體
    您會記得直流電機(jī)中的轉(zhuǎn)子連接到電池上。但是交流電機(jī)中的轉(zhuǎn)子與電源沒有任何直接連接。它也沒有刷子。相反，它經(jīng)常使用一種叫做松鼠籠的東西。你沒看錯。
    交流電機(jī)中的鼠籠是一組連接到兩個環(huán)的轉(zhuǎn)子條，兩端各一個。這有點(diǎn)像籠中的老鼠（或松鼠）會在里面跑。鼠籠式轉(zhuǎn)子進(jìn)入定子內(nèi)部。當(dāng)交流電通過定子發(fā)送時，它會產(chǎn)生電磁場。鼠籠式轉(zhuǎn)子中的棒是導(dǎo)體，因此它們會響應(yīng)定子磁極的翻轉(zhuǎn)。這就是轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的方式，它會產(chǎn)生自己的磁場。
    交流轉(zhuǎn)子和定子
    轉(zhuǎn)子磁場由定子磁場感應(yīng)的交流感應(yīng)電機(jī)的關(guān)鍵是轉(zhuǎn)子總是試圖趕上。它總是在尋找停滯，所以它會旋轉(zhuǎn)以找到穩(wěn)定狀態(tài)。但是定子使用交流電源產(chǎn)生的電磁場總是比轉(zhuǎn)子的場快一點(diǎn)。轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)正在產(chǎn)生產(chǎn)生機(jī)械動力所需的扭矩，以轉(zhuǎn)動汽車的車輪或風(fēng)扇的呼呼聲。
    一些交流電機(jī)使用繞線轉(zhuǎn)子，用電線纏繞而不是鼠籠。不過，松鼠籠式的更為常見。在任何一種情況下，交流電機(jī)中只有一個運(yùn)動部件，這意味著需要更換或維護(hù)的東西更少。