Silniki elektryczne opierają się na indukcji elektromagnetycznej, zjawisku odkrytym na początku XIX wieku przez fizyka Michaela Faradaya. Odkrył, że przesuwanie magnesu przez toroid, wokół którego owinął przewodzący drut, generuje prąd elektryczny w przewodzie. Silniki elektryczne wykorzystują ten pomysł w odwrotnej kolejności. Kiedy prąd przepływa przez cewkę, cewka zostaje namagnesowana, a jeśli jest przymocowana do wału i zawieszona w polu generowanym przez magnes trwały przeciwstawne siły magnetyczne wytwarzają wystarczającą siłę, aby obrócić wał. Połączenie wału z przekładnią umożliwia wykonywanie pracy, a dodanie łożysk zmniejsza tarcie i zwiększa wydajność silnika.
TL; DR (zbyt długi; Nie czytałem)
Główne części silnika elektrycznego to stojan i wirnik, szereg kół zębatych lub pasów oraz łożyska zmniejszające tarcie. Silniki prądu stałego wymagają również komutatora, aby odwrócić kierunek prądu i utrzymać obroty silnika.
•••lvdesign77/iStock/Getty Images
Stojan, wirnik, szczotki i komutator
Zamiast stosowania magnesów trwałych, nowoczesne komercyjne silniki elektryczne zwykle opierają się całkowicie na elektromagnesach. Stojan tworzy szereg małych cewek rozmieszczonych w układzie kołowym, które wytwarzają stałe pole magnetyczne. Oddzielna cewka owinięta wokół twornika i przymocowana do wału tworzy wirnik, który obraca się w polu. Ponieważ nie można podłączyć przewodów do wirującej cewki, wirnik zwykle zawiera metalowe szczotki, które pozostają w kontakcie z przewodzącą powierzchnią stojana. Powierzchnia ta wraz z uzwojeniami stojana jest podłączona do zacisków mocy znajdujących się na obudowie silnika.
Po włączeniu zasilania do cewek pola przepływa prąd, który tworzy stałe pole magnetyczne. Przepływa również przez szczotki i zasila cewkę twornika. Silniki prądu stałego, takie jak te, które są zasilane z akumulatora, zawierają również komutator, który jest przełącznikiem przymocowanym do wału wirnika, który odwraca pole elektryczne przy każdej połowie obrotu wirnika. To odwrócenie pola jest konieczne, aby wirnik obracał się w jednym kierunku.
•••nabihariahi/iStock/Getty Images
Koła zębate i paski
Sam w sobie obracający się wał silnika nie jest zbyt przydatny, chyba że chcesz go użyć do wiercenia lub obracania łopatki wentylatora. Większość silników zawiera system kół zębatych i/lub pasów napędowych, które przekształcają energię wirującego wału w użyteczny ruch. Konfiguracja pasów lub kół zębatych może zwiększyć prędkość obrotową na sąsiednim wale, co skutkuje zmniejszeniem mocy, lub może zwiększyć moc przy jednoczesnym zmniejszeniu prędkości obrotowej. Przekładnie ślimakowe mogą zmieniać kierunek obrotu o 90 stopni. Koła zębate i pasy umożliwiają pojedynczemu silnikowi pełnienie wielu funkcji jednocześnie.
•••Scanrail/iStock/Getty Images
Łożyska zmniejszające tarcie
Im większy silnik, tym większe tarcie pomiędzy ruchomymi częściami. Ta siła tarcia przeciwdziała ruchowi wirnika, zmniejszając wydajność silnika i ostatecznie zużywając części. Większość silników ma łożyska między stojanem a wirnikiem, aby utrzymać wirnik wyśrodkowany i zminimalizować szczelinę powietrzną. Mniejsze silniki mają łożyska kulkowe, podczas gdy duże silniki wykorzystują łożyska wałeczkowe. Łożyska wymagają okresowego smarowania, co wraz z serwisowaniem i czyszczeniem uzwojeń stojana i szczotek wirnika jest ważną procedurą konserwacyjną.