电动机基础知识

电动机基础知识电动机

电动机俗称马达（MOTOR）,被广泛运用于各种电器用品间，能将电能转换为

机械能，以驱动机械作旋转运动、振动或直线运动，作直线运动的马达称为

线型马达（LINEARMOTOR）,适用于半导体工业、自动化工业、工具机、产

业机器及仪器工业等，而作旋转运动的马达，其应用则遍及各种行业、办公

室、家庭等，生活周遭几乎无所不在。

一、普通马达（电动机）的构造和原理：

一般的电动机或发电机都包含转子和定子，转子为可旋转的部份，定子为固

定不动的部份，提供周围的磁场，电动机的原理和发电机的原理非常相似，

概略地说发电机以水力、火力或其他力量来转动在磁场中的导线（转子），

因而在导线产生电动势（电压），而电动机则由外界提供一电源通过转子或

定子，使产生磁力相互作用而旋转，如图1、图2直流发电机和直流马达构

造相同动作原理不同。

图1直流发电机原理：转子转动与定子磁场相互作用，以产生电动势

,图中M表示定子磁场方向，V表示转子导体运动方向，E表示所产生

的感应电动势的方向。

图2直流马达原理：由外部电源提供电流使通过转子导线，以产生磁场与定

子磁场相互作用而转动，图中M表示定子磁场方向，I表示流过转子导体的

电流方向，F表示转子与定子磁场相互作用所产生作用力的方向（此力使转

子转动）。

由于磁场的磁力，可由永久磁铁或电磁铁产生，因此马达的转子或定子，都

可以是电磁铁或永久磁铁，图3的玩具直流马达，其转子为电磁铁（以漆包

线绕成），定子则为永久磁铁，图4的步进马达，其转子为永久磁铁，定子

则为电磁铁（以漆包线绕成）。

然而针对不同的用途需求，电动机须具备不同的特性，因比实际上电动机的

构造也有许多的种类，原理也略有不同，例如图5的感应马达，其转子既不

是永久磁铁，也不是用线圈绕成的电磁铁，而是由定子磁场感应而产生磁力

而旋转，其原理就如同转动一个磁铁以带动一个圆盘的道理，不过此实际的

马达里，并不是转动周围的磁铁，而是让绕在定子上的线图电流相位不同，

因而产生N极的时间不同，就如同磁场在旋转一般。。在此仅粗略地介绍马

达的大致结构，马达的种类请参阅相关篇章。

图3此玩具直流马达以永久磁铁为周围的磁场，线圈绕成的电磁铁为中间转

子

图4此不进马达以线圈绕成的电磁铁为周围的磁场，永久磁铁为中间转子。

图5此感应马达以线圈绕成的电磁铁为周围的磁场，以感应的方式让转子产

生涡电流而旋转。

二、线型马达（电动机）的构造和原理：

线型电动机虽称为马达但外型却不同于传统的圆形电磁场，只是和传统马达

一样均使用同性相斥的磁场原理来开发，我们可以想象线性马达就如同将转

动马达从圆心沿半径切开，再展开来摊平成一直线，如图6,其应用例如磁

浮火车、0A（办公室自动化）机器、FA（工厂自动化）机器、医疗及试验装

置等.

图6线性马达就如同将马达转子和定子切开摊平

图7线性马达移动的原理图右为磁力线通过铝板而在板上产生感应电流

图左下表示当磁场向左边移动，带动铝板向左移动，图右上为左下图的平面

示意图。

2005-12-716:36:00taken

电动机的运转及应用

电动机如依照其使用的目的来分类，则种类相当庞杂，如以转动和移

动而分类则，如前面所介绍的可分成普通电动机和线型电动机，而普通电动

机因其使用之电源有交流电及直流电，而有所谓的交流马达和直流马达，在

使用马达前需先了解其使用的电源是直流电还是交流电，如果是交流电，还

需知道它是三相还是单相的交流电，接错电源会导致不必要的损失和危险。

除此之外，应了解不同电动矶的特性及启动方法，图1为以使用电源分类的

概略马达种类。

图1以马达所使用的电源分类的概略马达种类。

不同设计的马达有不同的启动方式和动力特性，而适用于不同用途的机械

中，例如有些马达有高转矩和扭力，而有些马达则能定速旋转，或者转几分

之一圈，一般而言驱动机器的能力以输出的功率来计算，马达输出功率的单

位为［■马力I（Horsepower简称HP）1马力（HP）二746瓦特（W）,马

力愈高在单位时间里输出的功也愈大，在机械中主要的驱动马达，都需要比

较大的动力，而作为控制用途如定位、定速…等的马达，则输出功率较小。

一、直流马达（DCmotor）：

一般的直流马达如图2所示，包含周围磁场（永久磁铁或电磁铁）、电刷、

整流子等组件，电刷和整流子将外部所供应的直流电源，持续地供应给转子

的线圈，并适时地改变电流的方向，使转子能依同一方向持续旋转。

图2直流马达包含定子磁场、电刷、整流子及转子

直流马达的优点有速度调整容易，启动转矩较大等，但是电刷与整流子保养

维修不易，因此有所谓的「无刷型直流马达」，如图3所示为计算机软式磁

盘驱动器中转动磁盘片的马达，定子磁场的线圈如图4左，转子为图4右

之永久磁铁。

图3图4

直流马达广泛地用在消费电子产品及玩具，如电动刮胡刀、录音机、录像

机、CD唱盘、模型汽车、火车等，而大输出功率的直流电动机则使用在电

车、快速电梯、工作母机等。

图5直流马达应用在吹风机中（交流电经整流成直流电）图6直流马达应

用在时钟

二、交流马达：

由于交流电的电压和电流随时间而变动，因此将交流电通过马达的定子线

圈，所产生的磁场并不是一个固定的磁场，而是随时间而变化N极和S极的

变动磁场，利用此特性，可经设计让周围磁场在不同时间、不同的位置推动

转子，使其持续运转，就如同周围站了一圈的同学，大家顺序伸手去推中间

那一位同学转动一样，大家推的时间不一样，因此转子的和力不等于零，因

此若要转子持续旋转，我们必须让周围的磁场在不同的时间来产生N极或S

极，所以周围磁场的线圈常分为几组，通以不同相位的交流电。

市电提供单相（图7）和三相（图8）的交流电，一般家庭都使用单相的电

源，因此家庭里使用的都是单相的交流马达，为了在周围磁场产生不同的相

位，电容启动马达在一组周围磁场线圈串接一个电容器（分相电容），以使

与其他组线圈产生相位差，如电风扇、家庭用水加压机等，如图9电风扇使

用单相交流马达及分相电容。

在工厂里三相的交流电动机，因结构单纯、动作确实而广泛地被采用，其接

线如图，需反方向旋转时，只需将三相电源中的R相和T相两条线交换即

可。

图7

图8

图9电风扇使用单相交流马达及分相电容

图10利用分相电容启动的单相交流马达接线

在工厂里三相的交流电动机，因结构单纯、动作确实而广泛地被采用，其接

线如图11,需反方向旋转时，只需将三相电源中的R相和T相两条线交换即

可。

图11

感应马达

马达的设计上，除了利用交流电相位的变化以产生变动的磁场外，更

可以利用变动的周围磁场，以感应中间转子以产生磁场，如此转子可以不必

再缠绕线圈，亦不需有炭刷等构造，而可简化转子的构迨，如感应电动机

(单相和三相)的鼠笼转子，在积迭的铁心中穿插铜棒或铝棒，两端利用短

路环短路变成鼠笼型，经周围变动磁场感应，产生涡流及磁力而旋转，如图

12。

图12鼠笼转子构造

同步马达(synchronousmotor)：

同步马达(synchronousmotor)：在交流电产生的旋转磁场中，装

入永久磁铁转子，转子的速度就完全依照旋转磁场的速度而旋转，被应

用在定时器、机器进给装置、事务机器等。

三、脉冲马达

步进马达(Steppingmotor)是脉冲马达的一种，在数字电路非常进步的今

天，直流电源可以经过数字IC的处理，变成脉冲电流以控制马达，这种马达

若以所规定的顺序，将脉波加在周围磁场，则转子将以固定的角度做步级运

转，例如一个步进马达可能将一圆周（360度）分成200步（step）,一步

即