電動機基礎(chǔ)知識

電動機基礎(chǔ)知識電動機

電動機俗稱馬達（MOTOR）,被廣泛運用于各種電器用品間，能將電能轉(zhuǎn)換為

機械能，以驅(qū)動機械作旋轉(zhuǎn)運動、振動或直線運動，作直線運動的馬達稱為

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

業(yè)機器及儀器工業(yè)等，而作旋轉(zhuǎn)運動的馬達，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（電動機）的構(gòu)造和原理：

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

定不動的部份，提供周圍的磁場，電動機的原理和發(fā)電機的原理非常相似，

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

因而在導(dǎo)線產(chǎn)生電動勢（電壓），而電動機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)電機和直流馬達構(gòu)

造相同動作原理不同。

圖1直流發(fā)電機原理：轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動與定子磁場相互作用，以產(chǎn)生電動勢

,圖中M表示定子磁場方向，V表示轉(zhuǎn)子導(dǎo)體運動方向，E表示所產(chǎn)生

的感應(yīng)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(zhuǎn)子導(dǎo)線，以產(chǎn)生磁場與定

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

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

子轉(zhuǎn)動）。

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

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

則為電磁鐵（以漆包線繞成）。

然而針對不同的用途需求，電動機須具備不同的特性，因比實際上電動機的

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，其轉(zhuǎn)子既不

是永久磁鐵，也不是用線圈繞成的電磁鐵，而是由定子磁場感應(yīng)而產(chǎn)生磁力

而旋轉(zhuǎn)，其原理就如同轉(zhuǎn)動一個磁鐵以帶動一個圓盤的道理，不過此實際的

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

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

達的大致結(jié)構(gòu)，馬達的種類請參閱相關(guān)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(zhuǎn)

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(zhuǎn)子。

圖5此感應(yīng)馬達以線圈繞成的電磁鐵為周圍的磁場，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（電動機）的構(gòu)造和原理：

線型電動機雖稱為馬達但外型卻不同于傳統(tǒng)的圓形電磁場，只是和傳統(tǒng)馬達

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

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(yīng)用例如磁

浮火車、0A（辦公室自動化）機器、FA（工廠自動化）機器、醫(yī)療及試驗裝

置等.

圖6線性馬達就如同將馬達轉(zhuǎn)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(chǎn)生感應(yīng)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。

2005-12-716:36:00taken

電動機的運轉(zhuǎn)及應(yīng)用

電動機如依照其使用的目的來分類，則種類相當龐雜，如以轉(zhuǎn)動和移

動而分類則，如前面所介紹的可分成普通電動機和線型電動機，而普通電動

機因其使用之電源有交流電及直流電，而有所謂的交流馬達和直流馬達，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(dǎo)致不必要的損失和危險。

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

概略馬達種類。

圖1以馬達所使用的電源分類的概略馬達種類。

不同設(shè)計的馬達有不同的啟動方式和動力特性，而適用于不同用途的機械

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

之一圈，一般而言驅(qū)動機器的能力以輸出的功率來計算，馬達輸出功率的單

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

力愈高在單位時間里輸出的功也愈大，在機械中主要的驅(qū)動馬達，都需要比

較大的動力，而作為控制用途如定位、定速…等的馬達，則輸出功率較小。

一、直流馬達（DCmotor）：

一般的直流馬達如圖2所示，包含周圍磁場（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直流馬達包含定子磁場、電刷、整流子及轉(zhuǎn)子

直流馬達的優(yōu)點有速度調(diào)整容易，啟動轉(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」，如圖3所示為計算機軟式磁

盤驅(qū)動器中轉(zhuǎn)動磁盤片的馬達，定子磁場的線圈如圖4左，轉(zhuǎn)子為圖4右

之永久磁鐵。

圖3圖4

直流馬達廣泛地用在消費電子產(chǎn)品及玩具，如電動刮胡刀、錄音機、錄像

機、CD唱盤、模型汽車、火車等，而大輸出功率的直流電動機則使用在電

車、快速電梯、工作母機等。

圖5直流馬達應(yīng)用在吹風(fēng)機中（交流電經(jīng)整流成直流電）圖6直流馬達應(yīng)

用在時鐘

二、交流馬達：

由于交流電的電壓和電流隨時間而變動，因此將交流電通過馬達的定子線

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

變動磁場，利用此特性，可經(jīng)設(shè)計讓周圍磁場在不同時間、不同的位置推動

轉(zhuǎn)子，使其持續(xù)運轉(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)動一樣，大家推的時間不一樣，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在不同的時間來產(chǎn)生N極或S

極，所以周圍磁場的線圈常分為幾組，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，為了在周圍磁場產(chǎn)生不同的相

位，電容啟動馬達在一組周圍磁場線圈串接一個電容器（分相電容），以使

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

用單相交流馬達及分相電容。

在工廠里三相的交流電動機，因結(jié)構(gòu)單純、動作確實而廣泛地被采用，其接

線如圖，需反方向旋轉(zhuǎn)時，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及分相電容

圖10利用分相電容啟動的單相交流馬達接線

在工廠里三相的交流電動機，因結(jié)構(gòu)單純、動作確實而廣泛地被采用，其接

線如圖11,需反方向旋轉(zhuǎn)時，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

馬達的設(shè)計上，除了利用交流電相位的變化以產(chǎn)生變動的磁場外，更

可以利用變動的周圍磁場，以感應(yīng)中間轉(zhuǎn)子以產(chǎn)生磁場，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)電動機

(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)周圍變動磁場感應(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(synchronousmotor)：

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

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

用在定時器、機器進給裝置、事務(wù)機器等。

三、脈沖馬達

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

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，這種馬達

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

轉(zhuǎn)，例如一個步進馬達可能將一圓周（360度）分成200步（step）,一步

即