第36章 无级变速

陈星这周去混了节竞赛辅导班的课，听了王老师讲课后，他发现直流有刷电机驱动竟然超级简单。

电机，是所有工业设备的关节。就像人的手肘、腕部、膝盖一样，但凡不想成为直长长的筷子一根，那人就必须要关节。而工业设备的关节就是电机。

根据应用场景不同，电机的种类有很多。但是，陈星此刻不需要关心太多，他只需要关心“有刷直流电机”这一种。

根据王老师的叙述。有刷直流电机，算是电机种类里头最简单的一种。

驱动有刷直流电机不需要考虑复杂的磁场问题，这是因为它的原理足够简单--以永磁体作为定子，产生稳定不变的磁场。然后给转子线圈通电产生一个变化的磁场。两个磁场互相作用之下，转子就转起来了。

用高中物理的知识归纳总结：有刷直流电机，其实就是一个匀强磁场中有一个通电线圈，然后通电导体在磁场中会受到作用力。而这作用力的本质就是磁场间的相处作用。

那个通电线圈就是简化的电机转子本体。那个匀强磁场就是定子永磁体产生的磁场。

而通电线圈在磁场中最后会因为磁场的作用达到一个平衡态，也就是说线圈上受的力最终会让线圈停止下来不会一直转动下去。这是因为线圈的受力方向，是由受线圈中的电流方向所决定的。

如果线圈始终受到一组方向不变的力作用，那线圈最终肯定会处于一个平衡态而不再运动。

假设把线圈比作一个圆环，那圆环最终会在两个左右往外拉伸的力作用下，达到平衡。

这个时候就轮到“刷子”登场了。

为啥不叫直流电机，而叫“有刷”直流电机。就是因为这种电机是带刷子的。

刷子真正的名字叫电刷换向器，它的作用就是在线圈达到平衡态时改变电流方向，从而实现受力方向的改变。从而能让线圈一直永远的转下去。

其实有刷直流电机涉及的物理知识并没有超出高中物理的范畴，甚至只需初中物理知识就能了解了。

学生们对这部分内容陌生，是因为考试不考，因而老师也就一笔带过。以至于陈星对此都没什么映像。

毕竟物理考试的重点，是电磁感应，以及带电导体在磁场中的运动。更加偏向原理，而非以此为原理的电机应用。

真正超出高中物理知识范畴的是电机的驱动。

驱动电机自然就是让电机旋转，电机的转速就是小车的车速。最简单的调速方式是改变施加的电压，只要在电机能承受的范围内，多加两节电池驱动，肯定会让电机跑的更欢快一点。

到此为止，高中生还能理解。

但智能小车行驶过程中，自然不可能动态改变电池数量，这想想就不切实际。这就涉及到电机驱动的问题了。

在此之前，王老师还没在课堂上讲过，今天因为是电机驱动的理论课，因而才把陈星也喊了过来。

陈星很难得地和王哲他们同聚一堂。

“同学们，刚刚我们回顾了直流电机的原理。那你们想想有什么办法能动态的改变施加在电机两端的电压，从而达到改变电机功率，实现调速的目的。”

众人再次陷入了思考。而陈星已然知晓答案。

在王老师帮助大家回顾了被高中物理课忽略的直流电机知识后，陈星的脑子就蹦出了答案。

因为他在ST的官方例程库中看到过一个例程--无极调光。

最早期的白炽灯是没有整流器的，也就是说：220伏交流电直接施加在灯泡上，点亮了白炽灯灯丝。

而学过初中物理的都知道，220V交流电的频率是50Hz，对应的是一秒钟有50个跳变周期。

由于交流电是跳变的，不像直流电一样是稳定的一条直线，所以其实白炽灯是忽闪忽闪的，并不是一直常亮。

这个就有点反常理了，因为人眼明明看到的灯泡就是常亮的。这个是因为人眼是有反应速度的，50赫兹的频率，对应到每一次的跳变周期就是20毫秒。这个时间显然不是人眼能够分辨出来的。

基于此现象，无极调光也就有了原理基础--让通断来的再猛烈一些。

没错，无极调光的原理，就是让原本50Hz的通电来的更猛烈一些。

人眼最终感受到的光亮取决于：一个周期内，通电时间/（通电时间+断电时间）。也就是一个周期内，通电时间所占的比例。这个比例有一个术语，叫做：占空比。

其实也很好理解。

以人眼的一睁一闭为一次周期，你张开眼睛所占的时间比例就是占空比。

而如果你的眼睛如奥特曼一样能发光，那即便你巴扎巴扎忽闪个不停，但只要你忽闪的足够快，你的眼睛在人类看来就是一直亮着的两道光。

占空比，则决定了人眼感受到的光亮的程度。

占空比越高，也就是亮着的时间越长，那对应就越亮。反之则越暗。

自然世界中很多场景下的原理是相通的。陈星本能地察觉可以用这种方法来控制电机转速。

既然人眼有个反应时间，难道电机就没有反应时间了。任何物体都有惯性，电机也不能例外。人眼的反应间隔也可以理解为另一种意义上的惯性。

陈星认为：只要在惯性允许的范围之内，去改变通断，那就不会改变物体本来的状态。

自然而然，以无极调光的方式来做无极调速。电机也不会因为快速通断而忽停忽转，反而会因为惯性一直旋转下去。进而可以用占空比来实现调速。

但是，陈星还是打算谦虚点，先听听其他人的看法。毕竟自己很少来上课，对他人的水平也不了解。

王老师以期待的目光看着众人。

长久的沉默之后，王哲看到陈星似乎也不知道答案，于是举起了手。

“老师，我能试试吗。”

王老师对王哲微微点头，示意他站起来回答。

“我觉得，我们可以从生活中找答案。小车驱动用的是电机，而风扇转动用的也是电机。我们头顶不就有风扇吗，那就用同样的调速方式好了。”

王老师随即报以理解的笑容，显然是不满意这个答案。

陈星也觉得这个答案太草率了，风扇调速，你难道还打算把墙上那个调速变阻器，装到小车上去？

哪知道王哲还有下文，“老师，我还没说完。”

“哦？那你接着说。”

陈星提起了耳朵，莫非王哲还有什么高见？

“我们可以用电子变阻器，就可以用程序控制的方式来改变电阻值。”

陈星笑而不语，你丫这是在一条错误的路上策马狂奔啊。

王老师此刻的表情已经说出了陈星的心声。他也本以为王哲还有什么高见，结果就是把手动调阻改成了电子调阻。这。。。

陈星甚至觉得，这就好比，用手抓翔变成了用筷子夹翔。方式是文明了些，但是嘛。。。

不过，陈星并没有表露出什么。他也并非鄙视王哲，而是鄙视他提出的技术方案。