2-1-2 旋转原理的基础知识

2-1节的最终目标是了解我们所熟悉的，有铁芯的直流马达的旋转原理。

但，这需要具备与马达相关的基础知识。

因此，首先像理科及物理教科书一样，思考一下转子没有铁芯的马达。

同时，对于没有铁芯的马达，不仅仅是理论，还应确认一下作为马达已实用化的情况。

虽说是这样，但我们的目的是“让繁杂技术浅显化”。不仅仅是复习，也做一些对实务有用的探讨。

BLI法则

如图2.2 所示，空中有一个磁场B，对横穿磁场的电线上通电，则电线上会产生力F。该力的强度可通过下面的公式计算，也称为BLI法则。

F ＝ BLⅠ ……（2.1）

F：力［N］　B：磁束密度［T］

L：磁场中的电线长度［m］　Ⅰ：电流［A］

此外，作用到电线上的力的方向，因弗莱明左手法则，变成图中的方向。

手指与记号之间的对应关系，记住从母指开始依次为“F・B・Ⅰ”，从中指开始按相反的顺序依次为“电・磁・力”。

记号B表示磁力线的强度，称为磁束密度。磁力线是想像的物质，无法直接进行确认。磁束密度的国际单位（SI）是T（特斯拉），与MKS单位的［Wb/m2］相同。

所谓1特斯拉，是指一平方米中存在1韦伯［Wb］磁通时磁场的强度。

物理学者及磁铁生产厂家还使用另外一个单位，高斯［G］。1T等于10,000G。

如图2.3 所示，将电线制成线圈，按图示方向通入电流I，则线圈的左侧、右侧会分别产生朝上、朝下的力，线圈开始旋转。这就是在学校中学到的直流马达的旋转原理。

但，在线圈为一组时，当线圈到达图2.4 中A位置时，无法决定朝哪个方向旋转。因此，使用多组线圈，根据旋转情况依次切换电流，则线圈群会连续旋转。

首先思考一下只有1个线圈的马达。基于公式（2.2），考虑磁通分布、线圈半径和长度、电流的流动方向，则此时的扭矩T（torque）与电流I成正比，可使用下面的公式进行表述。这种比例系数K_T称为扭矩常数。

T ＝ K_TI ……（2.3）

I：线圈电流［A］　K_T：扭矩常数［Nm/A］

在直流马达中，该公式表示扭矩与电流成正比。这是直流马达所具有的极其重要的性质之一。

扭矩常数根据（2.2）公式和（2.3）公式，变成下面的公式。

K_T＝ 2RNBL［Nm/A］ ……（2.4）

实际的马达中，如后面介绍的图2.16 所示，有多个线圈，像花瓣那样进行连接，马达端子的电流流动时将马达内部分成2部分。这里，将所有线圈的圈数取N，则扭矩常数即（2.4）公式。

制作Clip马达

下面我们将制作一下中学教科书中的一种简单马达，Clip马达。

材料可到文具商店及建材商店购买。

制作方法，请参考图2.5 。缠绕珐琅线，制作线圈。

珐琅线最好是粗0.4～0.6mm，圈数约15～30圈。使用矿泉水瓶的盖子缠绕线圈会非常合适。缠绕后，将线圈调整成尽可能与旋转轴对称。

剥除线圈端部的外皮时要细心。一头全部剥去，但另一头只剥一半，注意看放大图。这是Clip马达的制作要点。

还要注意剥离的范围以及与线圈之间的角度。

将线圈插入别针，朝任何一个方向轻轻转动，都能够不停旋转。

如果线圈呈对称状态，则也会朝反方向旋转，但如果不对称，则只能朝一个方向旋转。