【矩道物理虚拟实验室】电动机的秘密

但是，这样的成本明显是很高的。有没有其他办法呢？如果把一个通电导线框放到磁场中，它会如何运动呢？

可以看到，通电线框在磁场中可以转过一个角度，但不能持续转动。原来，当线圈转过一定角度后，磁场方向发生了改变，导致线圈的受力也发生了反向，从而阻止了线圈的转动，这样线圈会最终静止下来，这一位置叫线圈的平衡位置，此时线圈上下两个边受力大小一样、方向相反。

如果能够让线圈持续转动下去，这样线圈的转动也可以通过传动装置转化为物体的运动，就能够实现具体的应用了。

如何才能让线圈连续转动起来呢？我们可以让线圈转过平衡位置时不再通电，这样线圈就能依靠惯性持续转动下去、而不再受反向的阻力，当线圈再次转过平衡位置后再次通电，此时的受力方向还是与线圈转动方向一致的，因此线圈能持续转动下去。如何实现线圈一半通电、一半不通电呢？可以将线圈两端各伸出一段导线，然后一端导线的漆包线全部挂掉、另一端导线的漆包线只刮掉半周，然后架在金属支架上，给金属架通电，这样就实现了线圈转动过程中一半通电、一半不通电的目的。

但是，这样的方法会让动力的输出大打折扣，有没有一劳永逸的方法既能让线圈持续受力、又能持续转动下去呢？

还真有。什么方法呢？既然刚才是通过让线圈转过平衡位置时不再受力的方法解决的，那如果让线圈在转过平衡位置时改变受力方向，不就可以实现线圈的持续受力转动了吗。真是天才的想法！

如何改变受力方向呢？前面我们已经提到过，改变电流方向或改变磁场方向，都能改变受力方向。于是，人们发明了一种能够改变电流方向的结构——换向器。

换向器是由两个铜半环组成，铜半环跟线圈的两端连接，可随线圈一起转动，两半环中间断开，彼此绝缘。然后电路的导线与两个铜半环通过电刷连接起来，形成闭合回路。这样，当线圈转过平衡位置后，由于换向器的存在导致线圈中电流的方向发生了换向，从而实现了线圈受力方向的改变，从而能够让线圈持续受力转动下去。

这就是直流电动机的原理。

实际的直流电动机都有多个线圈，每个线圈都接在一对换向片上，以保证每个线圈在转动的过程中受力方向都能使它朝同一方向转动。