超圖解馬達技術入門：從馬達的種類、運轉原...

前言

各位，你覺得「馬達」是什麼樣的東西呢？
聽到這個問題，一般人應該都會回答「馬達是一種會轉動的機械」吧。沒錯。但更精確地說，馬達是一種「能轉動其他東西的機械」。換句話說，馬達是為了轉動其他東西的機械，或者說是驅動某個東西的機械。

驅動摩托車、快艇的是引擎。汽車、船也是靠引擎驅動。引擎是「驅動某些東西」的機械，而事實上這就是馬達的原意。嚴格來說，馬達指的是原動機或是動力裝置。原動機是將燃料等各式各樣的「能量」轉換成機械性「運動」的裝置。其中，以電力驅動的原動機，一般稱作馬達。馬達的英文為electric motor，即電動馬達。本書所說明的馬達，皆為電動馬達。

在50年前左右，家中的馬達數量就代表了生活的富裕程度。代表性產品包括電動洗衣機、電冰箱等。現在我們會直接稱其為洗衣機與冰箱，但當時會特別加上「電」這個前綴。因為當時的家庭很少會用到馬達，大部分的電力都用於照明。當時若提到電，一般人第一個想到的是照明用電，很少人會想到要把電用在照明以外的機械上。

不過到了今日，家中使用的各種電器幾乎都有用到馬達。冷氣、吸塵器等家電內部都有個大瓦數的馬達。而即使是智慧型手機或電腦等乍看之下沒有在「動」的機械，其實也有用到馬達。究竟一個家庭中有多少個馬達呢？我們已經很難算出正確數字了。

數年前曾有一份研究調查「日本發電所產生的電力，最後都用在什麼地方」，結果發現，日本一年的總發電量中，約有60％的電力最終都用於馬達。也就是說，一半以上的電力都用來讓某個東西運動。這表示，如果我們能改善馬達的效率，減少電力的使用，就能減少發電量，改善CO2排放等環境問題。馬達不只是生活中不可或缺的機械，也是幫助我們打造出美好社會的利器。

本書會介紹馬達的原理、種類、使用方式。希望各位在深入瞭解馬達是什麼之後，能聰明有效地運用馬達，使社會上所有人過得更為便利。

2022年9月
森本雅之

前言

各位，你覺得「馬達」是什麼樣的東西呢？
聽到這個問題，一般人應該都會回答「馬達是一種會轉動的機械」吧。沒錯。但更精確地說，馬達是一種「能轉動其他東西的機械」。換句話說，馬達是為了轉動其他東西的機械，或者說是驅動某個東西的機械。

驅動摩托車、快艇的是引擎。汽車、船也是靠引擎驅動。引擎是「驅動某些東西」的機械，而事實上這就是馬達的原意。嚴格來說，馬達指的是原動機或是動力裝置。原動機是將燃料等各式各樣的「能量」轉換成機械性「運動」的裝置。其中，以電力驅動的原動機，一般稱作馬達。馬達的英文為e...

Chapter 1　馬達是什麼？
1　馬達是「能轉動其他東西的機械」 2
2　沒有馬達就無法正常生活！ 4
3　磁鐵之力＝磁力 6
4　電流周圍會產生磁場 8
5　由電力與磁力構成的電磁力 10
6　為什麼馬達會旋轉？ 12
7　馬達轉動時會發電 14
8　旋轉的力量，轉矩是什麼？ 16
9　瞭解馬達的輸出與單位 18
10　馬達轉動的對象叫做負載 20
專欄1 風扇與馬達 23
11　瞭解馬達的種類 24
專欄2　磁化是什麼？ 26

Chapter 2　馬達的基礎！DC馬達
12　馬達的結構與3種馬達
專欄3 智慧型手機所使用的極小DC馬達
13　為什麼DC馬達會旋轉？
專欄4 DC與馬達與角速度
14　電刷與整流子的運作
15　DC馬達的旋轉速度與電壓的關係
專欄5 馬達的控制與家電①冷氣
16　我們可以用各種曲線表示DC馬達的性能
17　使用永久磁鐵的馬達與使用電磁鐵的馬達
專欄6 馬達的控制與家電②冰箱
18　控制DC馬達比較簡單嗎？
19　電樞反作用是什麼？
20　截波器控制是什麼？
21　DC馬達的缺點在電刷上嗎？

Chapter 3　克服缺點！無刷馬達
22　運用電子學知識改變電刷
23　為什麼無刷馬達會旋轉？
24　無刷馬達的旋轉速度有上限嗎？
25　無刷馬達的電流切換
專欄7 愛迪生發電機
26　無刷馬達的優點
27　轉子使用的永久磁鐵會大幅影響馬達的性能
28　鐵芯並不是單純的線圈軸
專欄8 使用電晶體作為開關
專欄9 無人機與無刷馬達

Chapter 4　目前的主流！AC馬達
29　直流、交流、三相交流分別是什麼？
專欄10 吸塵器的超高速旋轉
30　磁場的旋轉
31　AC馬達為什麼會旋轉？
專欄11 基礎建設與AC馬達
32　AC馬達的轉速與交流電的頻率
專欄12 停電時也不能使用自來水
33　AC馬達的詳細分類
專欄13 馬達分類複習
34　單相也能旋轉的AC馬達原理
專欄14 電流戰爭
專欄15 電燈用或動力用

Chapter 5　進化後的AC馬達
35　磁鐵、電力電子、電腦的進化
36　永磁同步馬達的出現
專欄16 電動車的種類與馬達
37　SPM與IPM的永久磁鐵位置不同
專欄17 油電混合車
38　IPM馬達所產生的磁阻轉矩
39　以逆變器控制感應馬達
專欄18 引擎車的馬達
40　逆變器如何控制馬達？
專欄19 電車的馬達與再生
41　以向量控制進行更精密的控制
專欄20 電力電子學

Chapter 6　更多馬達！各式各樣的馬達
42　步進馬達以脈衝驅動
專欄21 脈衝是什麼？
43　各式各樣的步進馬達
專欄22 為什麼電梯不會搖晃？
44　次世代的主流是磁阻馬達？
45　大轉矩的SR馬達
專欄23 電扶梯的速度控制
46　通用馬達為交流直流通用
專欄24 活躍於大廈與公寓的馬達
47　只靠線性馬達是浮不起來的
48　直接轉動負載的直驅馬達
49　由回饋控制的伺服馬達
50　小而便利的主軸馬達
51　低速卻有大轉矩！齒輪馬達
52　醫療機器中常使用的超音波馬達
53　活躍於微機電的靜電馬達
54　過去曾廣泛使用的各種馬達
專欄25 位置、速度、加速度

Chapter 7　有助於挑選馬達的知識
55　試著將馬達直接接上電源
56　如何判斷馬達的性能？
57　轉矩與電流成正比，轉速與電壓成正比
58　馬達要如何節能？
59　用截波器改變直流電的電流與電壓
60　用逆變器控制馬達的轉速
61　為什麼可以用逆變器產生交流電？
專欄26 工廠中到處都是馬達
62　瞭解逆變器裝置的運作機制
63　瞭解回饋控制的運作機制
64　制動器上的馬達
65　啟動馬達的技術
專欄27 馬達的測定

索引

Chapter 1　馬達是什麼？
1　馬達是「能轉動其他東西的機械」 2
2　沒有馬達就無法正常生活！ 4
3　磁鐵之力＝磁力 6
4　電流周圍會產生磁場 8
5　由電力與磁力構成的電磁力 10
6　為什麼馬達會旋轉？ 12
7　馬達轉動時會發電 14
8　旋轉的力量，轉矩是什麼？ 16
9　瞭解馬達的輸出與單位 18
10　馬達轉動的對象叫做負載 20
專欄1 風扇與馬達 23
11　瞭解馬達的種類 24
專欄2　磁化是什麼？ 26

Chapter 2　馬達的基礎！DC馬達
12　馬達的結構與3種馬達
專欄3 智慧型手機所使用的極小DC馬達
13　為什麼DC馬達會旋轉？
...