馬達介紹:總綱( I )

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由於馬達的種類非常多,本文先做最基本的分類,以後再詳細個別介紹之。
馬達最基本的形態,是電能輸入,經過磁能轉換,最終產生動能輸出的裝置。因此會有三種變數,分別為電能、磁能、動能,可以作為分類,本文先以磁能為主進行分類。
馬達中磁場的來源有三種,分別為永久磁鐵、感應磁場、電磁鐵,這三種馬達的輸出特性非常不一樣,剛好對應到磁場產生的來源。
永久磁鐵:
此最為單純的狀態,其磁場強度是來自於磁鐵,當磁鐵充磁完成後,其磁力就為固定值,在馬達設計中會被視為一個常數,這也造成永磁馬達的TN曲線是線性的原因。此為目前馬達產業的發展主流,具有體積小、重量輕、效率高、方便控制等優點。目前主要發展方向有三,分別為提升磁鐵磁力、提高磁鐵耐溫、提高導磁材料承載磁通能力。其中比較特別的是導磁材料的部份,主要是目前的磁鐵磁力已經開始遠大於導磁材料了,造成一種類似塞車的狀態,因此轉向去研究強化導磁能力,以滿足強力磁鐵的使用。
永久磁鐵TN曲線
感應磁場:
感應磁場則是依照冷次定律法拉第定律法則下的產物,最具體的說明可參考安哥拉圓盤。其磁場並非天生具備的,而是被誘發感應生成的,且會隨著狀態不同而有強弱的變化,這也造成其TN曲線非常的不規則。透過不同的材質、設計、製作、電控等因素,都會隨之改變,屬於十分難捉摸的馬達型態。當您發現這顆馬達的TN曲線長得非常怪異時,基本上就是以這種感應磁場為主的馬達類型。此類馬達的市佔率非常高,主要是受利於交流電(AC)的普遍率;但在技術發展上,則是完全停滯。因其特性的不規則,也造成了使用者的困擾,因此產生了專屬的標準設計手冊,反而局限了其發展空間。目前比較新的技術發展主題,是外轉子感應馬達及電動車的銅轉子感應馬達,這兩個方向的題材。
感應磁場TN曲線
電磁鐵:
由於線圈通過電流後,亦會產生磁場,因此就有了這種不採用磁鐵,利用線圈來取代的作法。由這種電磁鐵的TN曲線來看,可以發現這類型的馬達有一個很明顯的特點,就是轉速會很快,但一碰到負載後,速度也掉很快;其TN曲線為一個反向的二次曲線。當初會發展的起因,主要是磁鐵的磁力太弱,電磁鐵理論上則可產生無窮的磁力;但隨著永磁馬達技術的進步,電磁鐵馬達的發展空間就被壓縮了。但在其它領域則仍然十分好用,主要是磁場的強弱,可由電流去進行控制,這點是磁鐵無法作的模式;本身做為單純的電磁鐵或是磁力煞車器等應用,仍然有著明顯的優勢,僅是作為馬達的應用沒落而已。目前主要常見於吸塵器、手提工具機、果汁機等看起來轉速高的應用中;主要是得利於磁鐵本身的機械強度不足,高速旋轉時的離心力,會導致磁鐵碎裂。然而磁鐵商也發現這一點,有在持續作強化設計,因此依靠電磁鐵的馬達,未來的發展空間真的不大了。目前少數的發展方向,是超導馬達及磁浮列車。
電磁鐵TN曲線
其實依筆者來說,所有的馬達都有其生存空間,不至於被消滅。但如何挑對適合的領域應用,就真的是一門藝術了;可以看到三種磁力來源,對應到三種不同的動力輸出型態,若負載型態也剛好符合其特殊樣貌時,那設計就輕鬆得多了。
重點整理:
磁力的來源有三,永久磁鐵、感應磁場、電磁鐵。
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針對一些馬達領域中常見的專有名詞進行說明。 內轉馬達:轉子在馬達結構的內側,就是內轉馬達。由於轉子在內側,其慣量較低,代表馬達加減速的反應時間較短,但其產生的轉矩值也較小。若是產品的負載較低,但希望能快速反應,內轉馬達是最佳選擇。 馬達顧問服務
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本文的目的在教導讀者如何閱讀馬達特性曲線圖。 因此在馬達數值記錄表上面的項目會有,電壓、電流、輸入功率、轉矩、轉速輸出功率、效率,總共7項。 而在馬達特性曲線圖上,因為省略了電壓,以及轉矩和轉速其中一項會被挪去X軸,做為對比標準項,導致最終特性曲線圖上只會有5條線段。 重點整理: TN曲線最重要。
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