世界上功率消耗量的近一半是由电机消耗，因此在解决世界能源问题上，电机的高效率化被称为是最有效的措施。

　　一般情况下指将磁场内电流流通产生的力转变为旋转动作，在广义范围内还包括直线动作。

　　按电机驱动的电源种类，可分为DC电机和AC电机。而 根据电机旋转原理，大致可分为以下几种。（特殊电机除外）

　　首先，为便于后续电机原理说明，我们来回顾一下有关电流、磁场和力的基本定律/法则。虽然有一种怀旧的感觉，但如果平时不常使用磁性元器件，就很容易忘记这些知识。

　　例如，当考虑到旋转角度仅为θ的状态时，与b和d成直角作用的力为sinθ，因此a部分的转矩Ta由以下公式表示:

　　该公式不仅适用于矩形，也适用于圆形等其他常见形状。电机是利用了该原理。

　　在带旋转轴的永久磁铁周围，①旋转磁铁（使产生旋转磁场），②则根据 N极与S极异极相吸、同级相斥原理，③带旋转轴的磁铁将旋转。

　　导线中流过电流使其周围产生旋转磁场（磁力）从而磁铁旋转，实际上与此是一样的动作状态。

　　另外，将导线绕成线圈状，则磁力被合成，形成大的磁场通量（磁通量），产生N极和S极。

　　在此，作为旋转电机的实际方法，介绍利用三相交流和线圈制造旋转磁场的方法。

　　如上所述，缠绕铁芯的线°配置U相线圈、V相线圈、W相线圈，电压高的线圈产生N极，电压低的线圈产生S极。

　　各相位按正弦波变化，因此各线圈产生的极性（N极、S极）和其磁场（磁力）将发生变化。

　　此时，单看产生N极的线圈，按U相线圈→V相线圈→W相线圈→U相线圈依次变化，从而发生旋转。

　　下图中给出了步进电机、有刷直流（DC）电机、无刷直流（DC）电机这三种电机的大概构造和对比。这些电机的基本组成部件主要为线圈、磁铁和转子，另外由于种类不同，又分线圈固定型和磁铁固定型。

　　以下为与示例图相关的结构说明。由于更细致地划分的话，还有几率存在其他结构，因此请理解本文中介绍的是大框架下的结构。

　　这里的有刷直流电机的磁铁在外侧固定，线圈在内侧旋转。由电刷和换向器（commutator）负责向线圈供电和改变电流方向。

　　由于马达电机种类不同，即使基本组成部件相同其结构也有不同。具体将在各部分进行详细说明。

　　下面是经常在模型中使用的有刷直流电机的外观，以及普通的两极（2个磁体）三槽（3个线圈）型电机的分解示意图。也许很多人都有拆卸电机、拿出磁铁的经验。

　　可以看到有刷直流电机的永磁体是固定的，有刷直流电机的线圈可以绕内部中心旋转。固定侧称为“定子”，旋转侧称为“转子”。

　　旋转中心轴的外围有三个换向器（用于电流切换的弯曲金属片）。为了尽最大可能避免彼此接触，换向器之间间隔120°（360°÷3枚）配置。换向器随着轴的旋转而旋转。

　　一个换向器连接有一个线圈端和另一个线圈端，并且三个换向器和三个线圈作为电路网形成一个整体（环形）。

　　两个电刷被固定在0°和180°处，以便与换向器接触。外部直流电源与电刷相连接，电流按电刷→换向器→线圈→电刷的路径流动。

　　线圈A在最上方，将电源连接到电刷，设左侧为（+），右侧为（-）。大电流从左电刷通过换向器流到线圈A。这是线圈A的上部（外侧）变为S极的结构。

　　而由于线从左电刷流向线圈B和线圈C的方向与线圈A相反，因此线圈B和线圈C的外侧变为弱N极（在图中用略小字母表示）。

　　从③到④上侧的线圈持续受到向左动的力，下部的线圈持续受到向右动的力，并继续逆时针方向旋转

　　在线°旋转到③和④状态下，当线圈位于中心水平轴上方时，线圈的外侧变为S极；当线圈位于下方时变为N极，并且反复该运动。

　　换句话说，上侧线圈反复受到向左动的力，下侧线圈反复受到向右动的力（均为逆时针方向）。这使转子始终逆时针旋转。

　　如果将电源连接到相对的左电刷（-）和右电刷（+），则线圈中会产生方向相反的磁场，因此施加到线圈上的力的方向也相反，变为顺时针旋转。

　　此外，当断开电源时，有刷电机的转子会因没有了使之继续旋转的磁场而停止旋转。

　　左侧是用来旋转光盘播放设备中的光盘的主轴电机示例。共有三相×3共9个线圈。右侧是FDD设备的主轴电机示例，共有12个线）。线圈被固定在电路板上，并缠绕在铁芯上。

　　在线圈右侧的盘状部件是永磁体转子。外围是永磁体，转子的轴插入线圈的中心部位并覆盖住线圈部分，永磁体围绕在线圈的外围。

　　该内部结构简图是结构很简单的2极（2个磁体）3槽（3个线圈）电机示例。它类似于极数和槽数相同的有刷电机结构，但线圈侧是固定的，磁体可以旋转。当然，没有电刷。

　　在这种情况下，线圈采用Y形接法，使用半导体元件为线圈供给电流，根据旋转的磁置来控制电流的流入和流出。在该示例中，使用霍尔元件来检测磁体的位置。霍尔元件配置在线圈和线圈之间，根据磁场强度检测产生的电压并用作位置信息。在前面给出的FDD主轴电机的图像中，也能够正常的看到在线圈和线圈之间有用来检测位置的霍尔元件（线圈的上方）。

　　霍尔元件是众所周知的磁传感器。可将磁场的大小转换为电压的大小，并以正负来表示磁场的方向。下面是显示霍尔效应的示意图。

　　霍尔元件利用了“当电流IH流过半导体并且磁通B与电流成直角穿过时，会在垂直于电流和磁场的方向上产生电压VH”的这种现象，美国物理学家Edwin Herbert Hall（埃德温·赫伯特·霍尔）发现了这种现象并将其称为“霍尔效应”。产生的电压VH由下列公式表示。

　　如公式所示，电流越大，电压越高。常利用这个特性来检测转子（磁体）的位置。

　　下面将按照步骤①～⑥来说明无刷电机的旋转原理。为了易于理解，这里将永磁体从圆形简化成了矩形。

　　①在三相线点钟方向上，线点钟方向上，线极永磁体的N极在左侧，S极在右侧，并能旋转。

　　使电流Io流入线，以在线圈外侧产生S极磁场。使Io/2电流从线流出，以在线圈外侧产生N极磁场。

　　在对线的磁场进行矢量合成时，向下产生N极磁场，该磁场是电流Io通过一个线倍大小，与线倍。这会产生一个相对于永磁体成90°角的合成磁场，因此能产生最大扭矩，永磁体顺时针旋转。

　　②在旋转了30°的状态下，电流Io流入线，使线中的电流为零，使电流Io从线流出。

　　线的外侧变为S极，线的外侧变为N极。当矢量合成时，产生的磁场是电流Io通过一个线）倍。这也会产生相对于永磁体的磁场成90°角的合成磁场，并顺时针旋转。

　　当根据旋转位置减小线的流入电流Io、使线的流入电流从零开始增加、并使线的流出电流增加到Io时，合成磁场也顺时针旋转，永磁体也继续旋转。

　　※假设各相电流均为正弦波形，则此处的电流值为Io × sin(π⁄3)=Io × √3⁄2 通过磁场的矢量合成，得到总磁场大小为一个线 倍。当各相电流均为正弦波时，无论永磁体的位置在哪，矢量合成磁场的大小均为一个线倍，并且磁场相对于永磁体的磁场成90°角。

　　③在继续旋转了30°的状态下，电流Io/2流入线流入线，电流Io从线流出。

　　线的外侧变为S极，线的外侧也变为S极，线的外侧变为N极。当矢量合成时，产生的磁场是电流Io流过一个线倍（与①相同）。这里也会产生相对于永磁体的磁场成90°角的合成磁场，并顺时针旋转。

　　这样，如果不断根据永磁体的位置依次切换流入线圈的电流，则永磁体将沿固定方向旋转。同样，如果使电流反向流动并使合成磁场方向相反，则会逆时针旋转。

　　下图连续显示了上述①～⑥每个步骤的每个线圈的电流。通过以上介绍，应该能理解电流变化与旋转之间的关系了。

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　　在外观示例中，给出的是HB（混合）型和PM（永磁）型步进电机的外观。在中间的结构图给出的也是HB型和PM型的结构。

　　步进电机是线圈固定、永磁体旋转的结构。右侧的步进电机内部结构概念图是使用两相（两组）线圈的PM电机示例。在步进电机基本结构示例中，线圈配置在外侧，永磁体配置在内侧。线圈除了两相外，还有三相和五相等相数较多的类型。

　　有些步进电机具有其他不同的结构，但是为便于介绍其工作原理而在本文中给出了基本结构的步进电机。通过本文希望了解步进电机基本上采用线圈固定、永磁体旋转的结构。

　　下面使用下图来介绍步进电机的基本工作原理。这是上面两相双极型线圈每一相（一组线圈）的励磁示例。该图的前提是状态从①到④变化。线圈分别由线和线组成。另外，电流箭头表示电流流动方向。

　　通过电子电路按照上述①至④的顺序切换流过线圈的电流，即可使步进电机旋转。在该示例中，每一次开关动作会使步进电机旋转90°。另外，当使电流不断流过某一线圈时，能保持停止状态并使步进电机具有保持转矩。顺便提一下，如果将流过线圈的电流顺序反过来，则可以使步进电机反向旋转。关键字：引用地址：新能源电池技术：电机如何旋转转向？步进电机的基本工作原理

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