电动机
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此图中旋转磁场是由三个不同相位线圈产生的磁场矢量形成
電動機（Electric motor），又稱為馬達或電動馬達，是一種將電能转化成机械能，並可再使用機械能產生動能，用来驱动其他装置的电氣設備。
電動機種類非常繁多，但可大致分為交流電動機及直流電動機以用於不同的场合。
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[编辑] 交流馬達與直流馬達比較
- 直流電動機（DC Motor）的好處為在控速方面比較簡單，只須控制電壓大小已可控制共轉速，但此類電動機不宜在高溫、易燃等環境下操作，而且由於電動機中需要以碳刷作為電流變換器（Commutator）的部件（有刷馬達），所以需要定期清理炭刷磨擦所產生的污物。無碳刷之馬達稱為無刷馬達，相對於有刷，無刷馬達因為少了碳刷與軸的摩擦因此較省電也比較安靜。製作難度較高、價格也較高。
- 交流電動機（AC Motor）則可以在高溫、易燃等環境下操作，而且不用定期清理碳刷的污物，但在控速上比較困難，因為控制交流電動機轉速須要控制交流電的頻率，控制其電壓只會影響電動機的扭力。一般民生使用馬達之電壓有 110V和220V等兩種，在工業應用還有380V或440V等型態。
[编辑] 原理
- 馬達的旋轉原理的依據為佛來明左手定則，當一導線置放於磁場內，若導線通上電流，則導線會切割磁力線使導線產生移動。
- 電流進入線圈產生磁場，利用電流的磁效應，使電磁鐵在固定的磁鐵內連續轉動的裝置，可以將電能轉換成力學能。
- 與永久磁鐵或由另一組線圈所產生的磁場互相作用產生動力
- 直流馬達的原理是定子不動，轉子依相互作用所產生作用力的方向運動。
- 交流馬達則是定子繞組線圈通上交流電，產生旋轉磁場，旋轉磁場吸引轉子一起作旋轉運動
以下為直流電動機的工作原理图:
 转子依靠慣性繼續轉動。 |
 當转子運行至水平位置时電流變換器將線圈的電流方向逆轉，線圈所產生的磁場亦同時逆轉，使这一过程得以重复。 |
直流馬達的基本構造包括「電樞」、「場磁鐵」、「集電環」、「電刷」。
- 電樞:可以繞軸心轉動的軟鐵芯纏繞多圈線圈。
- 場磁鐵:產生磁場的強力永久磁鐵或電磁鐵。
- 集電環:線圈約兩端接至兩片半圓形的集電環，隨線圈轉動，可供改變電流方向的變向器。每轉動半圈（180度），線圈上的電流方向就改變一次。
- 電刷:通常使用碳製成，集電環接觸固定位置的電刷，用以接至電源。
[编辑] 基本構造
電動機的種類很多，以基本結構來說，其組成主要由定子（Stator）和轉子（Rotor）所構成。
定子在空間中靜止不動，轉子則可繞軸轉動，由軸承支撐。
定子與轉子之間會有一定空氣間隙，以確保轉子能自由轉動。
定子與轉子繞上線圈，通上電流產生磁場，就成為電磁鐵，定子和轉子其中之一亦可為永久磁鐵。
[编辑] 發展歷史
- 1835年，製作世界上第一台能驅動小電車的應用馬達為美國一位鐵匠達文波（Thomas Davenport）。
- 1870年代初期，世界上最早可商品化的馬達由比利時電機工程師Zenobe Theophile Gamme所發明。
- 1888年，美國著名發明家尼古拉·特斯拉應用法拉第的電磁感應原理，發明交流馬達，即為感應馬達。
- 1845年，英國物理學家惠斯頓（Wheatstone）申請線性馬達的專利，但原理於1960年代才被重視，而設計了實用性的線性馬達，目前已被廣泛在工業上應用。
- 1902年，瑞典工程師丹尼爾森利用特斯拉感應馬達的旋轉磁場觀念，發明了同步馬達。
- 1923年，蘇格蘭人James Weir French 發明三相可變磁阻型（Variable reluctance）步進馬達。
- 1962年，藉霍爾元件之助，實用之DC無刷馬達終於問世。
- 1980年代，實用之超音波馬達開始問世。
[编辑] 應用發展
以下皆以馬達稱呼
- 依使用電源分類：
| 名稱 | 特性 |
| 直流馬達 （DC motor） |
使用永久磁鐵或電磁鐵、電刷、整流子等元件，電刷和整流子將外部所供應的直流電源，持續地供應給轉子的線圈，並適時地改變電流的方向，使轉子能依同一方向持續旋轉。 |
| 交流馬達 （AC motor） |
將交流電通過馬達的定子線圈，設計讓周圍磁場在不同時間、不同的位置推動轉子，使其持續運轉 |
| *脈衝馬達 | 電源經過數位IC晶片處理，變成脈衝電流以控制馬達，步進馬達就是脈衝馬達的一種。 |
- 依構造分類（直流與交流電源皆有）：
| 名稱 | 特性 |
| 同步馬達 （synchronous motor） |
特點是恆速不變與不需要調速，起動轉矩小，且當馬達達到運轉速度時，轉速穩定，效率高。 |
| 感應馬達 |
特點是構造簡單耐用，且可使用電阻或電容調整轉速與正反轉，典型應用是風扇、壓縮機、冷氣機 |
| *可逆馬達 | 基本上與感應馬達構造與特性相同，特點是是於馬達尾部內藏簡易的剎車機構(摩擦剎車)，其目的為了藉由加入摩擦負載，以達到瞬間可逆的特性，並可減少感應馬達因作用力產生的過轉量。 |
| 步進馬達 （stepping motor） |
特點是脈衝馬達的一種，以一定角度逐步轉動的馬達，因採用開迴路（Open
Loop）控制方式處理，因此不需要位置檢出和速度檢出的回授裝置，就能達成精確的位置和速度控制，且穩定性佳。 |
| 伺服馬達 （sevro motor） |
特點是具有轉速控制精確穩定、加速和減速反應快、動作迅速（快速反轉、迅速加速）、小型質輕、輸出功率大（即功率密度高）、效率高等特點，廣泛應用於位置和速度控制上。 |
| 線性馬達 （linear motor） |
具有長行程的驅動並能表現高精密定位能力。 |
| 其他 | 旋轉換流機（Rotary Converter）、旋轉放大機（Rotating Amplifier）等 |
[编辑] 用途
典型的感應電動機，應用非常廣泛
電動用途眾多，大至重型工業，小至小型玩具都有其蹤跡。在不同的環境下都會選擇不同類型的電動機，以下是一些例子：
民生用品
工業與商業用途
[编辑] 附加資料
- 電動機與發電機原理基本一樣，分別在能量转化的方向不同，發電機是藉由負載(如水力、風力)將機械能、動能轉為電能，若沒有負載，發電機不會有電流流出。
- 電動機和電力電子、微控器配合已形成一新學門，稱為電動機控制。
- 在使用馬達前需先了解其使用的電源是直流電還是交流電，如果是交流電，還需知道它是三相還是單相的交流電，接錯電源會導致不必要的損失和危險。
- 馬達轉動後若沒有接負載或負載很輕使得馬達轉速快，則感應電動勢較強，此時馬達兩端電壓為，電源提供電壓減去感應電壓，因此電流減弱。
若馬達的負載很重，轉速慢則相對感應電動勢較小，也因此電源需提供較大電流（功率）以對應所需的較大功率來輸出／作功。
[编辑] 術語
- 輸出：指馬達在單位時間內可進行的工作，並依馬達的運轉速度及轉矩來決定。
- 額定輸出:馬達在額定電壓，額定頻率下能發揮其最優良特性，並同時連續產生的各種能量輸出，如運轉速度或轉矩等數值。
通常馬達銘牌上會表示額定輸出之數值。亞洲通常以瓦特(W)為單位，歐美則使用馬力(HP)。
- 額定電壓：使用時所能容許的輸入電壓，使用超過此額定電壓時，通常馬達仍可運轉，但其電容器之使用壽命會顯著縮短，甚至長久運轉後產生高熱而燒毀。使用單位以V(伏特)表示。
- 轉矩
- 啟動轉矩：指馬達請動時瞬間產生的轉矩，馬達若受比此一轉矩更大的摩擦抑止負載，則馬達將無法啟動。也稱為起始轉矩。
- 停止轉矩：指馬達在一定電壓、一定頻率下所能輸出之最大轉矩，一旦所承載之負載超越此轉矩範圍，馬達隨即停止。
- 額定轉矩：指馬達在額定電壓、額定頻率下可連續產生額定輸出時的轉矩。即為額定運轉速度時候所產生的轉矩。
- 轉速
- 額定運轉速度：指馬達做額定輸出時的運轉速度，為馬達在無故障下使用之理想的運轉速度。
- 無附載運轉速度：指馬達在無負載狀態下的運轉速度。
- CW/CCW：指馬達的運轉方向。CW為從出力軸端看之順時針方向，而CCW則為逆時針方向之運轉。
[编辑] 參看
[编辑] 參考資料
- 宋揚曙。1990。電機機械。全華科技圖書股份有限公司。
- 劉蘊陶。1996。電機學。文京圖書有限公司。
- 蕭進松、謝承達。1996。電機機械。全華科技圖書股份有限公司。
- 陳祺銘。1990。小型電動機的基礎與微電腦控制。復文書局。
- 許正道。1989。機電整合入門。復文書局
- 李適中。1991。直流馬達速度控制．伺服系統(基礎篇)。全華科技圖書股份有限公司。
- 陳熹棣。1989。步進馬達應用技術。全華科技圖書股份有限公司。
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- 盧明智、陳政傳。2002。感測與轉換—感測器原理與應用實習。台科大圖書股份有限公
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- 江正雍譯。1993。伺服控制系列(10)—無人搬運車之位置控制技術。機械月刊第19 卷
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- 江正雍譯。1993。伺服控制系列(13)—AC伺服控制應用實務(上)。機械月刊第19 卷第6期。
