直流馬達

由工業到日常生活,電動裝置或機器上總能找到馬達的蹤影,如攪拌機、電風扇、車床、升降機等。按馬達結構與控制方式大致可分成直流馬達、交流馬達、伺服馬達和步進馬達。大家對它們的基本構造和工作原理認識有多少呢?今期先為大家介紹直流馬達。

通過線圈產生磁力
要瞭解電動馬達的運作方式,先來複習相關的物理學。馬達的主要元件為電磁鐵,以絕緣的導線(通常為漆皮線)纏繞可磁化的金屬鐵芯即形成電磁鐵。在電流通過此線圈之前,鐵芯的本質維持不變。將線圈接通電池的直流電之後,鐵芯便會變成一端為北極,一端為南極的電磁鐵。斷電後鐵芯恢復原本的無磁性狀態。

要分辨磁場的方向可以使用「安培右手定則」。方法是將拇指外的四根手指向手掌彎的方向為電流方向,則拇指所指的方向為磁場的方向。因此,電磁鐵兩端磁極的方向取決於電流方向。

磁極的相吸與相斥性轉動磁軸
基本上,如要製作電動馬達,只要在永久磁鐵的南北極之間插入電磁鐵並加以固定,使磁鐵可任意旋轉即可。大家都知道將兩個磁鐵靠近,磁力會導致同極相斥、異極相吸。因此,若對鐵芯線圈施以穩定電流,電磁鐵會開始旋轉,其
北極與南極會分別愈來愈接近鄰近永久磁鐵的南極和北極。若逆轉線圈的電流方向,則電磁鐵的北極與南極也會隨之逆轉,鐵芯位置也會隨之轉變。於電動馬達中,電磁鐵的鐵芯固定於軸心。只要以適當頻率改變線圈電流,使線圈與周圍永久磁鐵的磁場互動,軸心便會轉動。

要解釋軸心的旋轉方向可使用「弗林明左手定則」,它可以求出導體在磁場下通電時所受的力的方向。適用於描述電動機(馬達)的運作原理。以左手三根手指互相垂直,中指方向是電流方向、食指是磁場方向、拇指則是導體受力的方向。大家可能還知道「弗林明右手定則」,但該定則是用於發電機的,千萬不要混淆。

 

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