電動機

電動機俗稱馬達(MOTOR),被廣泛運用於各種電器用品間,能將電能轉換為機械能,以驅動機械作旋轉運動、振動或直線運動,作直線運動的馬達稱為線型馬達(LINEAR MOTOR),適用於半導體工業、自動化工業、工具機、產業機器及儀器工業等,而作旋轉運動的馬達,其應用則遍及各種行業、辦公室、家庭等,生活週遭幾乎無所不在。

一、普通馬達(電動機)的構造和原理:

    一般的電動機或發電機都包含轉子和定子,轉子為可旋轉的部份,定子為固定不動的部份,提供周圍的磁場,電動機的原理和發電機的原理非常相似,概略地說發電機以水力、火力或其他力量來轉動在磁場中的導線(轉子),因而在導線產生電動勢(電壓),而電動機則由外界提供一電源通過轉子或定子,使產生磁力相互作用而旋轉,如圖1、圖2 直流發電機和直流馬達構造相同動作原理不同。

      

    圖1 直流發電機原理:轉子轉動與定子磁場相互作用,以產生電動勢

    ,圖中M表示定子磁場方向,V表示轉子導體運動方向,E表示所產生

    的感應電動勢的方向。

     

    圖2 直流馬達原理:由外部電源提供電流使通過轉子導線,以產生磁場與定子磁場相互作用而轉動,圖中M表示定子磁場方向,I 表示流過轉子導體的電流方向,F表示轉子與定子磁場相互作用所產生作用力的方向(此力使轉子轉動)。

    由於磁場的磁力,可由永久磁鐵或電磁鐵產生,因此馬達的轉子或定子,都可以是電磁鐵或永久磁鐵,圖3的玩具直流馬達,其轉子為電磁鐵(以漆包線繞成),定子則為永久磁鐵,圖4的步進馬達,其轉子為永久磁鐵,定子則為電磁鐵(以漆包線繞成)。

    然而針對不同的用途需求,電動機須具備不同的特性,因此實際上電動機的構造也有許多的種類,原理也略有不同,例如圖5的感應馬達,其轉子既不是永久磁鐵,也不是用線圈繞成的電磁鐵,而是由定子磁場感應而產生磁力而旋轉,其原理就如同轉動一個磁鐵以帶動一個圓盤的道理,不過此實際的馬達裡,並不是轉動周圍的磁鐵,而是讓繞在定子上的線圈電流相位不同,因而產生N極的時間不同,就如同磁場在旋轉一般。。 在此僅粗略地介紹馬達的大致結構,馬達的種類請參閱相關篇章。

    圖3 此玩具直流馬達以永久磁鐵為周圍的磁場,線圈繞成的電磁鐵為中間轉子

     

    圖4 此不進馬達以線圈繞成的電磁鐵為周圍的磁場,永久磁鐵為中間轉子。

     

    圖5 此感應馬達以線圈繞成的電磁鐵為周圍的磁場,以感應的方式讓轉子產生渦電流而旋轉。

二、線型馬達(電動機)的構造和原理:

線型電動機雖稱為馬達但外型卻不同於傳統的圓形電磁場,只是和傳統馬達一樣均使用同性相斥的磁場原理來開發,我們可以想像線性馬達就如同將轉動馬達從圓心沿半徑切開,再展開來攤平成一直線,如圖 6,其應用例如磁浮火車、OA(辦公室自動化)機器、FA(工廠自動化)機器、醫療及試驗裝置等。

圖6 線性馬達就如同將馬達轉子和定子切開攤平

 

 圖 7 線性馬達移動的原理 圖右為磁力線通過鋁板而在板上產生感應電流

圖左下表示當磁場向左邊移動,帶動鋁板向左移動,圖右上為左下圖的平面

示意圖。

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