6.2.3 直流电机的诞生与发展在线视频

同学们 大家好

1820年8月 奥斯特发现电流磁效应的消息

传到了英国皇家学院

引起英国科学家沃拉斯顿的重视

他设想 既然通电导线会产生磁力

那么如果将通电导线靠近磁铁

由于磁力作用

通电导线一定会以自身为轴线而转动

为此 他在实验室里进行实验

他把一根导线竖起来

通电后再用磁铁去靠近它

但是他没发现导线运动

实验虽不成功

但他的想法却很有意义

1821年4月

沃拉斯顿带着他的实验装置

来到皇家学院与戴维一道进行实验的研讨

实验后 时为戴维助手的法拉弟进屋时

听到他们正在讨论实验为什么没有成功

他插嘴说应该将实验装置改进一下

将导线悬吊起来

但是他的建议没有引起沃拉斯顿的重视

后来 法拉弟继续深入研究

并对沃拉斯顿的实验装置加以改进

终于在1821年9月3日进行了著名的水银杯实验

法拉弟这个实验是人类历史上

第一次利用电流磁效应

将电能转变为旋转运动的机械能

该实验装置已包含现代电动机的基本原理

和最基本的结构

其中的导线相当于电枢 是转动部件相当于转子

而永磁铁相当于现代电动机的磁极为定子

所以该装置实际上是人类第一台电动机模型

1822年 英国皇家军事学院

巴洛教授对法拉第电动机进行改进

并在当年3月14日完成了结构设计

M H为马蹄形磁铁

h为盛满水银的小槽

中间为星形导电金属轮

W为金属轮的轴线

C-D-E-c为导线

当接上电池时

电流经水银 金属轮 轮轴

再经导线C E D c

构成一个回路

在电流和马蹄形磁铁的磁场的作用下

金属轮将不停旋转

巴洛星形轮电动机是一种单极电动机

1823年 英国电气工程师斯特金

对巴洛星形轮电动机进行了改进

他用金属圆盘代替星形轮

制成了斯特金电动机

其中NS为永久磁铁

导线正极和负极通过摩擦块及电刷

分别与圆盘轴和外圆周相连

接上电池后 在电磁力的作用下

圆盘即可不停旋转

显然斯特金电动机也是一种单极电动机

斯特金电动机的结构

与法拉第1831年发明的

圆盘发电机的结构十分相似

只是一个是电动机

另一个是发电机

遗憾的是

由于斯特金圆盘式电动机当时影响很小

人们没有将两者联系起来进行研究

因此没有据此发现电机可逆性原理

1832年斯特金又研究出一台

装有换向器的直流电动机

一对永久磁铁装在轴的上 下部

4只电磁铁固定在外部

轴上还装有2个同心水银杯

和4只筒形块组成的换向器

通电后

利用磁铁间的相互作用而使转子不停转动

法拉第电动机 巴洛星形轮电动机

斯特金圆盘电动机

都是直接利用电磁力相互作用而制成的电动机

但是这些电动机功率很小

只能用作实验工具

但是在电磁铁出现后

一批科学家利用磁铁的吸引

排斥作用原理

研究出了五花八门的磁铁式电动机

1831年 亨利在《美国科学和艺术杂志》上

发表了题为

利用磁的吸引和排斥力产生往复运动的论文

首次引入了eleetric motor即电动机这个名词

提出了制造电动机的设想

同年 亨利制成了一台摆动式直流电动机

7英寸长的门形软铁棒 两边绕两个线圈

线圈全长25英尺

分别通过水银杯而与电池相连

线圈中电流的方向应使通电后电磁铁

与相邻永久磁铁间产生排斥力

例如 当软铁棒右端下落

右边的线圈两端插入水银杯中的水银时

与电池接通 软铁棒成为一只电磁铁

右边成为N极

与永久磁铁N极间产生排斥力

使门形软铁棒右边抬起

右边线圈两端与水银脱开 线圈断电

同时左边落下

左边线圈两端与左边电池接通

周而复始

使门形软铁棒不停地上 下摆动

摆动频率为75次/分

1833年 英国伦敦大学的里奇

在其发明的旋转电磁针基础上

制成了一台装有换向器

线圈即电枢旋转而永久旋转即磁极固定的电动机

次年 他又对此结构进行了改进

制成了里奇电动机

其中N S为马蹄形永久磁铁的两个极

AB为电磁铁即电枢 C为换向器

当电磁铁AB接通电流后

与永久磁铁NS产生吸引 排斥力

使电磁铁AB旋转

当AB正对NS时

换向器C改变电磁铁AB中的电流方向

利用AB的惯性运动

重新使AB产生排斥和吸引力

从而使电磁铁AB连续旋转

里奇电动机已具有现代旋转电动机的结构雏形

里奇电动机是现代电动机发展的一个里程碑

1833年 美国人达文波特

在纽约观看了一次电磁铁的魔法表演

当他看到亨利所研制的电磁铁

仅仅3磅重居然能吸持起150磅的重物时

非常震惊

他说服了他的哥哥 卖掉马和马车

用75美元买回了这块电磁铁

回家后 他一边研究 一边制造

制成了几只功率更大的电磁铁

并设想用电磁铁代替蒸汽机

推动轮船航行

经过多次实验

1834年初

他实现了将电磁铁的直线运动变为旋转运动

制成了一台旋转直流电动机

当年7月 他用他发明的电动机

驱动了一个直径7英寸的大轮子

以30r/min的速度前进

该电动机有4个电磁铁

2个装在轮子上 另2个静止

靠近轮子的外缘

利用轮子上电磁铁

和静止电磁铁之间的吸力推动轮子前进

轮子转动时

轮上电磁铁随之转动

当两组电磁铁互相平行时

静止电磁铁上的电线的极性改变

与轮上电磁铁间又产生推力

使轮子继续前进

达文波特电动机

是人类第一次以电动机作为原动机的尝试

尽管该电动机的功率不大 约为0.02马力

但它开电动机应用之先河

其意义是不可低估的

后来 达文波特又改进了电动机结构

并用它来驱动印刷机印刷报纸

获得成功

1835年4月

达文波特又发明了

由绝缘扇形片组成的换向器

并对电动机进行了改进

在特纳 亨利等人的鼓励下

达文波特向美国专利局呈递了

他的电动机模型和上报专利材料

不幸的是

专利局失火烧毁了他的模型和材料

但达文波特并不气馁

又制成了一个新的电动机模型

重撰写了专利材料

1837年2月25日

美国专利局公布了达文波特的专利

这是人类历史上第一个电动机专利

达文波特的电动机专利公布后

引起很大的反响

1837年4月27日的《纽约先驱报》说

哲学革命 新文明的曙光

也许是古往今来的最重大的发现

世界上曾经出现过的最重大事件

世界上将要到来的伟大事件