電動(dòng)機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)

電動(dòng)機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)電動(dòng)機(jī)

電動(dòng)機(jī)俗稱馬達(dá)（MOTOR）,被廣泛運(yùn)用于各種電器用品間，能將電能轉(zhuǎn)換為

機(jī)械能，以驅(qū)動(dòng)機(jī)械作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、振動(dòng)或直線運(yùn)動(dòng)，作直線運(yùn)動(dòng)的馬達(dá)稱為

線型馬達(dá)（LINEARMOTOR）,適用于半導(dǎo)體工業(yè)、自動(dòng)化工業(yè)、工具機(jī)、產(chǎn)

業(yè)機(jī)器及儀器工業(yè)等，而作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的馬達(dá)，其應(yīng)用則遍及各種行業(yè)、辦公

室、家庭等，生活周遭幾乎無所不在。

一、普通馬達(dá)（電動(dòng)機(jī)）的構(gòu)造和原理：

一般的電動(dòng)機(jī)或發(fā)電機(jī)都包含轉(zhuǎn)子和定子，轉(zhuǎn)子為可旋轉(zhuǎn)的部份，定子為固

定不動(dòng)的部份，提供周圍的磁場(chǎng)，電動(dòng)機(jī)的原理和發(fā)電機(jī)的原理非常相似，

概略地說發(fā)電機(jī)以水力、火力或其他力量來轉(zhuǎn)動(dòng)在磁場(chǎng)中的導(dǎo)線（轉(zhuǎn)子），

因而在導(dǎo)線產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)（電壓），而電動(dòng)機(jī)則由外界提供一電源通過轉(zhuǎn)子或

定子，使產(chǎn)生磁力相互作用而旋轉(zhuǎn)，如圖1、圖2直流發(fā)電機(jī)和直流馬達(dá)構(gòu)

造相同動(dòng)作原理不同。

圖1直流發(fā)電機(jī)原理：轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)與定子磁場(chǎng)相互作用，以產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)

,圖中M表示定子磁場(chǎng)方向，V表示轉(zhuǎn)子導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)方向，E表示所產(chǎn)生

的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向。

圖2直流馬達(dá)原理：由外部電源提供電流使通過轉(zhuǎn)子導(dǎo)線，以產(chǎn)生磁場(chǎng)與定

子磁場(chǎng)相互作用而轉(zhuǎn)動(dòng)，圖中M表示定子磁場(chǎng)方向，I表示流過轉(zhuǎn)子導(dǎo)體的

電流方向，F(xiàn)表示轉(zhuǎn)子與定子磁場(chǎng)相互作用所產(chǎn)生作用力的方向（此力使轉(zhuǎn)

子轉(zhuǎn)動(dòng)）。

由于磁場(chǎng)的磁力，可由永久磁鐵或電磁鐵產(chǎn)生，因此馬達(dá)的轉(zhuǎn)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(dá)，其轉(zhuǎn)子為電磁鐵（以漆包

線繞成），定子則為永久磁鐵，圖4的步進(jìn)馬達(dá)，其轉(zhuǎn)子為永久磁鐵，定子

則為電磁鐵（以漆包線繞成）。

然而針對(duì)不同的用途需求，電動(dòng)機(jī)須具備不同的特性，因比實(shí)際上電動(dòng)機(jī)的

構(gòu)造也有許多的種類，原理也略有不同，例如圖5的感應(yīng)馬達(dá)，其轉(zhuǎn)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(chǎng)感應(yīng)而產(chǎn)生磁力

而旋轉(zhuǎn)，其原理就如同轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)磁鐵以帶動(dòng)一個(gè)圓盤的道理，不過此實(shí)際的

馬達(dá)里，并不是轉(zhuǎn)動(dòng)周圍的磁鐵，而是讓繞在定子上的線圖電流相位不同，

因而產(chǎn)生N極的時(shí)間不同，就如同磁場(chǎng)在旋轉(zhuǎn)一般。。在此僅粗略地介紹馬

達(dá)的大致結(jié)構(gòu)，馬達(dá)的種類請(qǐng)參閱相關(guān)篇章。

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

子

圖4此不進(jìn)馬達(dá)以線圈繞成的電磁鐵為周圍的磁場(chǎng)，永久磁鐵為中間轉(zhuǎn)子。

圖5此感應(yīng)馬達(dá)以線圈繞成的電磁鐵為周圍的磁場(chǎng)，以感應(yīng)的方式讓轉(zhuǎn)子產(chǎn)

生渦電流而旋轉(zhuǎn)。

二、線型馬達(dá)（電動(dòng)機(jī)）的構(gòu)造和原理：

線型電動(dòng)機(jī)雖稱為馬達(dá)但外型卻不同于傳統(tǒng)的圓形電磁場(chǎng)，只是和傳統(tǒng)馬達(dá)

一樣均使用同性相斥的磁場(chǎng)原理來開發(fā)，我們可以想象線性馬達(dá)就如同將轉(zhuǎn)

動(dòng)馬達(dá)從圓心沿半徑切開，再展開來攤平成一直線，如圖6,其應(yīng)用例如磁

浮火車、0A（辦公室自動(dòng)化）機(jī)器、FA（工廠自動(dòng)化）機(jī)器、醫(yī)療及試驗(yàn)裝

置等.

圖6線性馬達(dá)就如同將馬達(dá)轉(zhuǎn)子和定子切開攤平

圖7線性馬達(dá)移動(dòng)的原理圖右為磁力線通過鋁板而在板上產(chǎn)生感應(yīng)電流

圖左下表示當(dāng)磁場(chǎng)向左邊移動(dòng)，帶動(dòng)鋁板向左移動(dòng)，圖右上為左下圖的平面

示意圖。

2005-12-716:36:00taken

電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)及應(yīng)用

電動(dòng)機(jī)如依照其使用的目的來分類，則種類相當(dāng)龐雜，如以轉(zhuǎn)動(dòng)和移

動(dòng)而分類則，如前面所介紹的可分成普通電動(dòng)機(jī)和線型電動(dòng)機(jī)，而普通電動(dòng)

機(jī)因其使用之電源有交流電及直流電，而有所謂的交流馬達(dá)和直流馬達(dá)，在

使用馬達(dá)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(cuò)電源會(huì)導(dǎo)致不必要的損失和危險(xiǎn)。

除此之外，應(yīng)了解不同電動(dòng)磯的特性及啟動(dòng)方法，圖1為以使用電源分類的

概略馬達(dá)種類。

圖1以馬達(dá)所使用的電源分類的概略馬達(dá)種類。

不同設(shè)計(jì)的馬達(dá)有不同的啟動(dòng)方式和動(dòng)力特性，而適用于不同用途的機(jī)械

中，例如有些馬達(dá)有高轉(zhuǎn)矩和扭力，而有些馬達(dá)則能定速旋轉(zhuǎn)，或者轉(zhuǎn)幾分

之一圈，一般而言驅(qū)動(dòng)機(jī)器的能力以輸出的功率來計(jì)算，馬達(dá)輸出功率的單

位為［■馬力I（Horsepower簡稱HP）1馬力（HP）二746瓦特（W）,馬

力愈高在單位時(shí)間里輸出的功也愈大，在機(jī)械中主要的驅(qū)動(dòng)馬達(dá)，都需要比

較大的動(dòng)力，而作為控制用途如定位、定速…等的馬達(dá)，則輸出功率較小。

一、直流馬達(dá)（DCmotor）：

一般的直流馬達(dá)如圖2所示，包含周圍磁場(chǎng)（永久磁鐵或電磁鐵）、電刷、

整流子等組件，電刷和整流子將外部所供應(yīng)的直流電源，持續(xù)地供應(yīng)給轉(zhuǎn)子

的線圈，并適時(shí)地改變電流的方向，使轉(zhuǎn)子能依同一方向持續(xù)旋轉(zhuǎn)。

圖2直流馬達(dá)包含定子磁場(chǎng)、電刷、整流子及轉(zhuǎn)子

直流馬達(dá)的優(yōu)點(diǎn)有速度調(diào)整容易，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩較大等，但是電刷與整流子保養(yǎng)

維修不易，因此有所謂的「無刷型直流馬達(dá)」，如圖3所示為計(jì)算機(jī)軟式磁

盤驅(qū)動(dòng)器中轉(zhuǎn)動(dòng)磁盤片的馬達(dá)，定子磁場(chǎng)的線圈如圖4左，轉(zhuǎn)子為圖4右

之永久磁鐵。

圖3圖4

直流馬達(dá)廣泛地用在消費(fèi)電子產(chǎn)品及玩具，如電動(dòng)刮胡刀、錄音機(jī)、錄像

機(jī)、CD唱盤、模型汽車、火車等，而大輸出功率的直流電動(dòng)機(jī)則使用在電

車、快速電梯、工作母機(jī)等。

圖5直流馬達(dá)應(yīng)用在吹風(fēng)機(jī)中（交流電經(jīng)整流成直流電）圖6直流馬達(dá)應(yīng)

用在時(shí)鐘

二、交流馬達(dá)：

由于交流電的電壓和電流隨時(shí)間而變動(dòng)，因此將交流電通過馬達(dá)的定子線

圈，所產(chǎn)生的磁場(chǎng)并不是一個(gè)固定的磁場(chǎng)，而是隨時(shí)間而變化N極和S極的

變動(dòng)磁場(chǎng)，利用此特性，可經(jīng)設(shè)計(jì)讓周圍磁場(chǎng)在不同時(shí)間、不同的位置推動(dòng)

轉(zhuǎn)子，使其持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，就如同周圍站了一圈的同學(xué)，大家順序伸手去推中間

那一位同學(xué)轉(zhuǎn)動(dòng)一樣，大家推的時(shí)間不一樣，因此轉(zhuǎn)子的和力不等于零，因

此若要轉(zhuǎn)子持續(xù)旋轉(zhuǎn)，我們必須讓周圍的磁場(chǎng)在不同的時(shí)間來產(chǎn)生N極或S

極，所以周圍磁場(chǎng)的線圈常分為幾組，通以不同相位的交流電。

市電提供單相（圖7）和三相（圖8）的交流電，一般家庭都使用單相的電

源，因此家庭里使用的都是單相的交流馬達(dá)，為了在周圍磁場(chǎng)產(chǎn)生不同的相

位，電容啟動(dòng)馬達(dá)在一組周圍磁場(chǎng)線圈串接一個(gè)電容器（分相電容），以使

與其他組線圈產(chǎn)生相位差，如電風(fēng)扇、家庭用水加壓機(jī)等，如圖9電風(fēng)扇使

用單相交流馬達(dá)及分相電容。

在工廠里三相的交流電動(dòng)機(jī)，因結(jié)構(gòu)單純、動(dòng)作確實(shí)而廣泛地被采用，其接

線如圖，需反方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，只需將三相電源中的R相和T相兩條線交換即

可。

圖7

圖8

圖9電風(fēng)扇使用單相交流馬達(dá)及分相電容

圖10利用分相電容啟動(dòng)的單相交流馬達(dá)接線

在工廠里三相的交流電動(dòng)機(jī)，因結(jié)構(gòu)單純、動(dòng)作確實(shí)而廣泛地被采用，其接

線如圖11,需反方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，只需將三相電源中的R相和T相兩條線交換即

可。

圖11

感應(yīng)馬達(dá)

馬達(dá)的設(shè)計(jì)上，除了利用交流電相位的變化以產(chǎn)生變動(dòng)的磁場(chǎng)外，更

可以利用變動(dòng)的周圍磁場(chǎng)，以感應(yīng)中間轉(zhuǎn)子以產(chǎn)生磁場(chǎng)，如此轉(zhuǎn)子可以不必

再纏繞線圈，亦不需有炭刷等構(gòu)造，而可簡化轉(zhuǎn)子的構(gòu)迨，如感應(yīng)電動(dòng)機(jī)

(單相和三相)的鼠籠轉(zhuǎn)子，在積迭的鐵心中穿插銅棒或鋁棒，兩端利用短

路環(huán)短路變成鼠籠型，經(jīng)周圍變動(dòng)磁場(chǎng)感應(yīng)，產(chǎn)生渦流及磁力而旋轉(zhuǎn)，如圖

12。

圖12鼠籠轉(zhuǎn)子構(gòu)造

同步馬達(dá)(synchronousmotor)：

同步馬達(dá)(synchronousmotor)：在交流電產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)中，裝

入永久磁鐵轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子的速度就完全依照旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的速度而旋轉(zhuǎn)，被應(yīng)

用在定時(shí)器、機(jī)器進(jìn)給裝置、事務(wù)機(jī)器等。

三、脈沖馬達(dá)

步進(jìn)馬達(dá)(Steppingmotor)是脈沖馬達(dá)的一種，在數(shù)字電路非常進(jìn)步的今

天，直流電源可以經(jīng)過數(shù)字IC的處理，變成脈沖電流以控制馬達(dá)，這種馬達(dá)

若以所規(guī)定的順序，將脈波加在周圍磁場(chǎng)，則轉(zhuǎn)子將以固定的角度做步級(jí)運(yùn)

轉(zhuǎn)，例如一個(gè)步進(jìn)馬達(dá)可能將一圓周（360度）分成200步（step）,一步

即