永磁电机试验台介绍

    1821年，法拉第发明了一种将电力转换为机械能的设备，被誉为全球上首部电机。

    法拉第的仪器结构很简单：在一个圆形的容器中注入汞，在容器的中放上一块永-久磁铁，一条长长的电线从一头垂下，另一头则浸泡在水银中，然后连接到直流电源上。其工作原理也非常简单，永磁材料产生的磁场和金属丝之间的磁场会产生一种力量，使得金属丝围绕着轴线转动。法拉第的天赋是利用汞（具有良好导电性能的常温液体）来解决马达持续转动所需的换向问题。

    法拉第证实，机电能转化是可以持续的，这是马达发展的一个重要基础。当然，现代的马达与法拉第的马达有很大的不同，但是它们的基本原则是一样的：都是由两种不同的磁场作用。

    对永磁电机试验台原理的了解

    我们从小就认识到，磁体有 N、 S两个极，磁力线由 N开始，再返回 S，磁体与极体互相排斥，而另一端又互相吸引。磁体的两个磁极之间的交互关系如下：

    在理论上，我们可以通过两个磁极的相互作用，使另一个磁极跟随，当一个磁极转动时，另一个磁极也会随之转动。不过这种方法并不能算是电动机，因为转动磁极需要的是机械能，而不是电力和机械能。这可如何是好？

    安培定律告诉我们，磁场的本质是电流，我们需要的是磁场的交互作用，所以电流才是重要的，所以，我们可以用线圈来制造磁场。

    我们通常把磁铁放置在转子上，因为它是一个线圈，当它受到电流的时候，它也会形成一个磁场。从我们的直觉来看，可以很轻易地得出这样的结论：

    当两个磁场轴相对，它们会互相吸引，而这种力是径向的，没有扭矩。

    在两个磁场轴呈一定角度时，它们会互相吸引，但这种力同时具有径向和切向的作用，因而会产生一些扭矩。

    当两根磁场轴垂直时，它们会互相吸引，但该作用力大部分为切向，从而产生大的扭矩。

    可以得出这样的结论：对转动电机来说，因为它的力矩是由两个磁场的作用所引起的，所以：

    扭矩的大小与两个磁场的强度成正比，磁场强度越大，扭矩也就越大；

    力矩与两磁场的角度成正比关系，在角度为零时，力矩为0，在90度时力矩较大。

    这只是定性的，对工程师来说，我们要做的是量化的，那么该如何去做？

    我们都知道，在数学里，交叉操作（方程式）是指什么？叉乘法的结果，和两个量值的大小成正比，这和磁场的力矩有什么相似之处，能不能用叉乘法来求出两个力矩？

    永磁电机试验台磁场是由电流引起的，而产生磁场的电流叫做磁力，如果我们再大胆一些，就能得出这样的结论：

    即，电动机的转矩和线圈的磁力与永-久磁铁的磁力的叉乘成比例。这样认为很有道理，我们稍后会给出证据。
    当然，真正的电动机并不会直接把线圈和永磁铁一起吸收，因为那样的话，效率就会降低，所以通常都是把线圈绕到一个磁轭上，磁轭是一种软磁铁，它的磁力就像下面一样。