Modalità di lavoro:Modalità motore:

Direzione di conversione dell'energia: energia elettrica CC → energia meccanica, legge fondamentale: regola della mano sinistra (legge di Ampère), descrizione dell'effetto: un conduttore elettrizzato sarà soggetto a una "forza elettromagnetica" in un campo magnetico, che spinge il conduttore (o la bobina) a muoversi

2、 Struttura chiave: il componente principale che realizza gli effetti elettromagnetici
Per garantire una conversione stabile della “forza elettromagnetica”, un motore a corrente continua deve avere i seguenti cinque componenti principali, ciascuno con funzioni di interblocco:

Statore: fissato all'interno dell'involucro, solitamente composto da magneti permanenti (motori di piccola potenza) o avvolgimenti di eccitazione (motori di grande potenza), che fornisce un campo magnetico stabile (campo magnetico principale) e funge da "sorgente del campo magnetico" per gli effetti elettromagnetici

Rotore: composto da più serie di bobine (avvolgimenti di indotto) avvolte attorno al nucleo di ferro, che può ruotare attorno all'asse centrale. Modalità motore: le bobine sono azionate dalla forza elettromagnetica dopo essere state energizzate;
Modalità generatore: la bobina ruota per tagliare la linea di induzione magnetica e generare corrente

Commutatore: una “struttura a semianello” coassiale (composta da più semianelli di rame, con una quantità corrispondente al numero di spire dell’avvolgimento dell’indotto) che risolve il “problema di alternanza di direzione” della corrente/forza elettromotrice quando il rotore ruota, garantendo che l’uscita (o l’ingresso) sia corrente continua

Spazzola elettrica: componente conduttivo (solitamente materiale in grafite) fissato sullo statore, a stretto contatto con la superficie del commutatore, per realizzare il collegamento di corrente tra il “circuito fisso” (alimentazione/carico esterno) e il “circuito rotante” (avvolgimento dell’indotto)

Guscio e albero: il guscio fissa lo statore e l'albero è collegato al nucleo di ferro del rotore per supportare la rotazione del rotore, trasmettendo energia meccanica all'esterno (motore elettrico) o ricevendo energia meccanica esterna (generatore)

3、 Spiegazione dettagliata del processo di lavoro (prendendo come esempio la “modalità motore” più comune)

Il fulcro di un motore a corrente continua è "mantenere il rotore in rotazione", ma se il problema di direzione non viene risolto dopo che la bobina è stata energizzata nel campo magnetico, il rotore "oscillerà una sola volta" e si bloccherà.
Il coordinamento tra il commutatore e la spazzola elettrica è la chiave per risolvere questo problema e il processo specifico è suddiviso in quattro fasi:

1. Stato iniziale: la bobina è alimentata e attivata dalla forza elettromagnetica
L'alimentatore CC esterno fornisce energia al commutatore tramite spazzole elettriche e la corrente fluisce in un determinato insieme di bobine del rotore (ad esempio la bobina AB).
La bobina si trova nel campo magnetico fornito dallo statore (supponendo che la direzione del campo magnetico sia "dal polo N al polo S"), secondo la regola della mano sinistra:
Il lato AB della bobina (vicino al polo N) subirà una forza elettromagnetica “verso il basso”;
Il bordo CD della bobina (vicino al polo S) subirà una forza elettromagnetica “verso l’alto”;
Queste due forze formano una “coppia” che spinge il rotore a ruotare in senso orario attorno all’asse di rotazione.

2. Nodi chiave: la bobina ruota di 90° e il commutatore cambia la direzione della corrente
Quando il rotore ruota di 90°, il piano della bobina è “parallelo” alla direzione del campo magnetico (il bordo della bobina non taglia la linea di induzione magnetica) e la coppia elettromagnetica è 0, ma il rotore continua a ruotare per inerzia.
Contemporaneamente, il commutatore ruota in modo sincrono con il rotore e il semianello che originariamente era a contatto con la “spazzola dell’elettrodo positivo” passa a contatto con la “spazzola dell’elettrodo negativo”;
Il semianello che era originariamente collegato all'elettrodo negativo è stato spostato sull'elettrodo positivo.
Risultato: la direzione della corrente nella bobina viene invertita (ad esempio la corrente sul lato AB cambia da “A → B” a “B → A”).

3. Rotazione continua: la direzione della forza elettromagnetica rimane costante
Dopo che la corrente si è invertita, la bobina continua a ruotare (oltre 90°) e il bordo della bobina si trova nuovamente nel campo magnetico.
Secondo la regola della mano sinistra, sebbene la direzione della corrente sia cambiata, è cambiata anche la posizione del campo magnetico in cui si trova la bobina (il lato AB è ora più vicino al polo S, il lato CD è più vicino al polo N) e la direzione della forza elettromagnetica rimane invariata (continuando a far ruotare il rotore in senso orario).

4. Andare avanti e indietro: ottenere una rotazione continua
Per ogni rotazione di 180° del rotore, il commutatore completa una “commutazione di corrente”;
Cambiare due volte per ogni rotazione di 360°.
Grazie a questa "commutazione sincrona", la bobina è sempre sottoposta a una "coppia motrice nella stessa direzione" e il rotore raggiunge una rotazione continua e stabile, convertendo infine l'energia elettrica CC in energia meccanica.