1821年，法拉第發(fā)明了一種將電力轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的設(shè)備，被譽(yù)為全球上首部電機(jī)。

    法拉第的儀器結(jié)構(gòu)很簡(jiǎn)單：在一個(gè)圓形的容器中注入汞，在容器的中放上一塊永-久磁鐵，一條長(zhǎng)長(zhǎng)的電線從一頭垂下，另一頭則浸泡在水銀中，然后連接到直流電源上。其工作原理也非常簡(jiǎn)單，永磁材料產(chǎn)生的磁場(chǎng)和金屬絲之間的磁場(chǎng)會(huì)產(chǎn)生一種力量，使得金屬絲圍繞著軸線轉(zhuǎn)動(dòng)。法拉第的天賦是利用汞（具有良好導(dǎo)電性能的常溫液體）來(lái)解決馬達(dá)持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)所需的換向問(wèn)題。

    法拉第證實(shí)，機(jī)電能轉(zhuǎn)化是可以持續(xù)的，這是馬達(dá)發(fā)展的一個(gè)重要基礎(chǔ)。當(dāng)然，現(xiàn)代的馬達(dá)與法拉第的馬達(dá)有很大的不同，但是它們的基本原則是一樣的：都是由兩種不同的磁場(chǎng)作用。

    對(duì)永磁電機(jī)試驗(yàn)臺(tái)原理的了解

    我們從小就認(rèn)識(shí)到，磁體有 N、 S兩個(gè)極，磁力線由 N開(kāi)始，再返回 S，磁體與極體互相排斥，而另一端又互相吸引。磁體的兩個(gè)磁極之間的交互關(guān)系如下：

    在理論上，我們可以通過(guò)兩個(gè)磁極的相互作用，使另一個(gè)磁極跟隨，當(dāng)一個(gè)磁極轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，另一個(gè)磁極也會(huì)隨之轉(zhuǎn)動(dòng)。不過(guò)這種方法并不能算是電動(dòng)機(jī)，因?yàn)檗D(zhuǎn)動(dòng)磁極需要的是機(jī)械能，而不是電力和機(jī)械能。這可如何是好？

    安培定律告訴我們，磁場(chǎng)的本質(zhì)是電流，我們需要的是磁場(chǎng)的交互作用，所以電流才是重要的，所以，我們可以用線圈來(lái)制造磁場(chǎng)。

    我們通常把磁鐵放置在轉(zhuǎn)子上，因?yàn)樗且粋€(gè)線圈，當(dāng)它受到電流的時(shí)候，它也會(huì)形成一個(gè)磁場(chǎng)。從我們的直覺(jué)來(lái)看，可以很輕易地得出這樣的結(jié)論：

    當(dāng)兩個(gè)磁場(chǎng)軸相對(duì)，它們會(huì)互相吸引，而這種力是徑向的，沒(méi)有扭矩。

    在兩個(gè)磁場(chǎng)軸呈一定角度時(shí)，它們會(huì)互相吸引，但這種力同時(shí)具有徑向和切向的作用，因而會(huì)產(chǎn)生一些扭矩。

    當(dāng)兩根磁場(chǎng)軸垂直時(shí)，它們會(huì)互相吸引，但該作用力大部分為切向，從而產(chǎn)生大的扭矩。

    可以得出這樣的結(jié)論：對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)來(lái)說(shuō)，因?yàn)樗牧厥怯蓛蓚€(gè)磁場(chǎng)的作用所引起的，所以：

    扭矩的大小與兩個(gè)磁場(chǎng)的強(qiáng)度成正比，磁場(chǎng)強(qiáng)度越大，扭矩也就越大；

    力矩與兩磁場(chǎng)的角度成正比關(guān)系，在角度為零時(shí)，力矩為0，在90度時(shí)力矩較大。

    這只是定性的，對(duì)工程師來(lái)說(shuō)，我們要做的是量化的，那么該如何去做？

    我們都知道，在數(shù)學(xué)里，交叉操作（方程式）是指什么？叉乘法的結(jié)果，和兩個(gè)量值的大小成正比，這和磁場(chǎng)的力矩有什么相似之處，能不能用叉乘法來(lái)求出兩個(gè)力矩？

    永磁電機(jī)試驗(yàn)臺(tái)磁場(chǎng)是由電流引起的，而產(chǎn)生磁場(chǎng)的電流叫做磁力，如果我們?cè)俅竽懸恍?，就能得出這樣的結(jié)論：

    即，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩和線圈的磁力與永-久磁鐵的磁力的叉乘成比例。這樣認(rèn)為很有道理，我們稍后會(huì)給出證據(jù)。
    當(dāng)然，真正的電動(dòng)機(jī)并不會(huì)直接把線圈和永磁鐵一起吸收，因?yàn)槟菢拥脑?，效率就?huì)降低，所以通常都是把線圈繞到一個(gè)磁軛上，磁軛是一種軟磁鐵，它的磁力就像下面一樣。