DC 馬達(dá)的運(yùn)作理論
讀者們對(duì)上期筆者的問(wèn)題有沒(méi)有頭緒呢？但無(wú)論結(jié)果如何，都看看以下有關(guān)DC馬達(dá)的理論介紹吧。
雖然不同生產(chǎn)商的DC馬達(dá)都有少許不同的地方，但大部份DC馬達(dá)都由以下基本部份組成：
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l. 電線圈（Coil）：它跟上一期在實(shí)驗(yàn)里所提及過(guò)的電線圈一樣，當(dāng)電流通過(guò)電線圈的時(shí)候，便成為電磁鐵。電線圈以銅線制作而成。電線圈的圈數(shù)越多，磁場(chǎng)越強(qiáng)。 |
圖 1 : DC 馬達(dá)基本結(jié)構(gòu)圖 |
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2. 轉(zhuǎn)子（Armature）： 在上一期的實(shí)驗(yàn)里電線圈能將一根鐵釘磁化（Magnetization），這里所用的轉(zhuǎn)子跟那鐵釘?shù)淖饔靡粯?。雖然電線圈本身已能夠制造磁場(chǎng)，但如果想要 提高馬達(dá)的效率，就一定要使用轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子以具有高磁通密度的金屬造成（磁通密度（Magnetic flux density）是描述一件對(duì)象能被磁化的程度。磁通密度越高，便越容易被磁化。） |
圖 2 示范產(chǎn)生洛蘭茲力 士 Lorentz force . a) 沒(méi)有電流的時(shí)候，電線停留不動(dòng)。 |
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3. 永久磁鐵（Permanent magnet）：所謂永久磁鐵其實(shí)是指一般天然磁鐵。它能在轉(zhuǎn)子的外圍提供一個(gè)固定的磁場(chǎng)，以便當(dāng)電流通過(guò)線圈的時(shí)候，令轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。然而，部份馬達(dá)會(huì)以電線圈制成的電磁鐵替代。 |
b). 當(dāng)電流在電線流過(guò)時(shí)，電線會(huì)因磁場(chǎng)的存在而產(chǎn)生位移。 |
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4. 整流子（Commutator）：外型像是一個(gè)分開(kāi)了兩半的環(huán)，每邊分別連接到電線圈的電極上。當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候，整流子跟電刷互相接觸，確保電流持續(xù)穩(wěn)定地通過(guò)電線圈。 |
圖 3. 弗林明左手定律 Fleming's Left Hand Rule |
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5. 電刷（Brushes）：作為提供電源的電子線路和整流子之間接觸的電極。當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候，確保電流流入電線圈內(nèi)。電刷通常以碳制成。 |
大 家還記得上期提及過(guò)的「弗林明左手定律」（Fleming's Left Hand Rule）嗎？它是用于描述電動(dòng)機(jī)（馬達(dá)）運(yùn)作的電磁學(xué)定律。根據(jù)定律，當(dāng)電流方向（中指）跟磁場(chǎng)方向（食指）在特定的方向（手指的方向）成九十度角時(shí)， 便會(huì)產(chǎn)生一個(gè)與電流方向及磁場(chǎng)方向成九十度角的力，將在磁場(chǎng)范圍內(nèi)有電流流過(guò)的電線推往特定方向。產(chǎn)生該位移的力稱之為洛蘭茲力（Lorentz force）。其實(shí)「弗林明左手定律」只是將在馬達(dá)內(nèi)發(fā)生的「同性相斥，異性相吸」現(xiàn)象具體地描述而已。圖3的實(shí)驗(yàn)就展示了這個(gè)現(xiàn)象。
介紹了馬達(dá)的結(jié)構(gòu)和「弗林明左手定律」，是時(shí)候?yàn)樽x者解開(kāi)DC馬達(dá)的運(yùn)作之迷了。圖4表達(dá)了DC馬達(dá)的整個(gè)運(yùn)作。讀者只要利用筆者一直以來(lái)所教的理論去思考，便可以明白DC馬達(dá)的基本運(yùn)作了。
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但 DC馬達(dá)并未能滿足機(jī)械人方面的應(yīng)用，主要是因?yàn)闄C(jī)械人的運(yùn)動(dòng)并非單純無(wú)限制的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，而是必須依從指令工作，換句話說(shuō)馬達(dá)的運(yùn)轉(zhuǎn)必須受到控制，只可在 受限制的范圍內(nèi)活動(dòng)。因此若要在機(jī)械人使用馬達(dá)，便要將馬達(dá)的結(jié)構(gòu)作出改動(dòng)。下期筆者會(huì)介紹現(xiàn)時(shí)其中一種普遍在機(jī)械人使用的步進(jìn)馬達(dá)。 |
步行馬達(dá) |
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