Arbeitsmodus:Motorbetrieb:

Energieumwandlungsrichtung: Gleichstrom elektrische Energie → mechanische Energie, Kerngesetz: Linke-Hand-Regel (Amperesches Gesetz), Wirkungsbeschreibung: Ein elektrifizierter Leiter wird in einem Magnetfeld einer „elektromagnetischen Kraft“ ausgesetzt, die den Leiter (oder die Spule) in Bewegung versetzt

2. Schlüsselstruktur: Die Kernkomponente, die elektromagnetische Effekte realisiert
Um eine stabile Umwandlung der „elektromagnetischen Kraft“ zu gewährleisten, muss ein Gleichstrommotor über die folgenden fünf Kernkomponenten verfügen, die jeweils über ineinandergreifende Funktionen verfügen:

Stator: Im Gehäuse befestigt, besteht normalerweise aus Permanentmagneten (Motoren mit geringer Leistung) oder Erregerwicklungen (Motoren mit großer Leistung), die ein stabiles Magnetfeld (Hauptmagnetfeld) bereitstellen und als „Magnetfeldquelle“ für elektromagnetische Effekte dienen

Rotor: Besteht aus mehreren Spulensätzen (Ankerwicklungen), die um den Eisenkern gewickelt sind und sich um die Mittelachse drehen können. Motormodus: Die Spulen werden nach der Aktivierung durch elektromagnetische Kraft zum Drehen angetrieben.
Generatormodus: Die Spule dreht sich, um die magnetische Induktionslinie zu unterbrechen und Strom zu erzeugen

Kommutator: Eine koaxiale „Halbringstruktur“ (bestehend aus mehreren Kupferhalbringen, deren Anzahl der Anzahl der Windungen der Ankerwicklung entspricht), die das „Richtungswechselproblem“ von Strom/elektromotorischer Kraft bei der Drehung des Rotors löst und sicherstellt, dass der Ausgang (oder Eingang) Gleichstrom ist

Elektrische Bürste: ein leitfähiges Bauteil (normalerweise aus Graphitmaterial), das am Stator befestigt ist und in engem Kontakt mit der Oberfläche des Kommutators steht, um eine Stromverbindung zwischen dem „festen Stromkreis“ (externe Stromversorgung/Last) und dem „rotierenden Stromkreis“ (Ankerwicklung) herzustellen.

Gehäuse und Welle: Das Gehäuse fixiert den Stator, und die Welle ist mit dem Eisenkern des Rotors verbunden, um die Rotation des Rotors zu unterstützen und mechanische Energie nach außen zu übertragen (Elektromotor) oder externe mechanische Energie zu empfangen (Generator).

3. Detaillierte Erklärung des Arbeitsprozesses (am Beispiel des gängigsten „Motormodus“)

Der Kern eines Gleichstrommotors besteht darin, „den Rotor in Drehung zu halten“. Wenn das Richtungsproblem jedoch nicht gelöst wird, nachdem die Spule im Magnetfeld aktiviert wurde, schwingt der Rotor nur „einmal“ und bleibt stecken.
Die Koordination zwischen Kommutator und elektrischer Bürste ist der Schlüssel zur Lösung dieses Problems. Der konkrete Vorgang gliedert sich in vier Schritte:

1. Ausgangszustand: Die Spule wird eingeschaltet und durch elektromagnetische Kraft aktiviert
Die externe Gleichstromversorgung versorgt den Kommutator über elektrische Bürsten mit Strom, und der Strom fließt in einen bestimmten Satz von Spulen des Rotors (z. B. Spule AB).
Die Spule befindet sich im Magnetfeld des Stators (vorausgesetzt, die Richtung des Magnetfelds ist „vom Nordpol zum Südpol“), gemäß der Linke-Hand-Regel:
Auf der AB-Seite der Spule (in der Nähe des N-Pols) wirkt eine nach unten gerichtete elektromagnetische Kraft.
Die CD-Kante der Spule (nahe dem Südpol) erfährt eine nach oben gerichtete elektromagnetische Kraft.
Diese beiden Kräfte bilden ein „Drehmoment“, das den Rotor im Uhrzeigersinn um die Rotationsachse rotieren lässt.

2. Wichtige Knotenpunkte: Die Spule dreht sich um 90 ° und der Kommutator schaltet die Stromrichtung um
Wenn sich der Rotor um 90° dreht, ist die Spulenebene „parallel“ zur Richtung des Magnetfelds (der Spulenrand schneidet die magnetische Induktionslinie nicht) und das elektromagnetische Drehmoment ist 0, aber der Rotor dreht sich aufgrund der Trägheit weiter.
Gleichzeitig dreht sich der Kommutator synchron mit dem Rotor, und der Halbring, der ursprünglich mit der „positiven Elektrodenbürste“ in Kontakt war, wechselt zum Kontakt mit der „negativen Elektrodenbürste“.
Der Halbring, der ursprünglich mit der negativen Elektrode verbunden war, wurde auf die positive Elektrode umgeschaltet.
Ergebnis: Die Stromrichtung in der Spule wird umgekehrt (z. B. ändert sich der Strom auf der AB-Seite von „A → B“ zu „B → A“).

3. Kontinuierliche Rotation: Die Richtung der elektromagnetischen Kraft bleibt konstant
Nach der Stromumkehr dreht sich die Spule weiter (über 90°) und der Spulenrand liegt erneut im Magnetfeld.
Gemäß der Linkshandregel hat sich zwar die Richtung des Stroms geändert, aber auch die Position des Magnetfelds an der Stelle, an der sich die Spule befindet (die AB-Seite ist jetzt näher am Südpol, die CD-Seite näher am Nordpol), und die Richtung der elektromagnetischen Kraft bleibt unverändert (der Rotor dreht sich weiterhin im Uhrzeigersinn).

4. Hin- und Herschleifen: Erzielen Sie eine kontinuierliche Rotation
Bei jeder 180°-Drehung des Rotors führt der Kommutator eine „Stromumschaltung“ durch;
Bei jeder 360°-Drehung zweimal schalten.
Durch dieses „synchrone Schalten“ wird die Spule immer einem „gleichsinnigen Antriebsdrehmoment“ ausgesetzt, und der Rotor erreicht eine kontinuierliche und stabile Rotation, wodurch letztendlich elektrische Gleichstromenergie in mechanische Energie umgewandelt wird.