滾珠軸承電動機

滾珠軸承電動機是一種十分特殊的電動機。這種電動機一般由兩個滾珠軸承組成，滾珠軸承的內環與一根導電的長軸相連，外環接低壓但高電流電源。這種電動機還有另外一種帶有絕緣部分的構造。電動機的旋轉方向由它的初始旋轉方向決定。

這種電動機與一般的電機不同，它不需要磁場，而靠電流產生的熱來使之旋轉。

基本介紹

• 中文名：滾珠軸承電動機
• 外文名：Ball Bearing Motor
• 領域：電機工程

電動機

電動機（英文：Electric motor），又稱為馬達、摩打或電動馬達，是一種將電能轉化成機械能，並可再使用機械能產生動能，用來驅動其他裝置的電氣設備。大部分的電動馬達通過磁場和繞組電流，在電動機內產生能量。

圖1.各種大小電動機及當作尺寸比較用之9伏特電池

電動機與發電機原理基本一樣，其分別在於能量轉化的方向不同：發電機是藉由負載（如水力、風力）將機械能、動能轉為電能；若沒有負載，發電機不會有電流流出。電動機和電力電子、微控器配合已形成一新學門，稱為電動機控制。

歷史

1740年，第一個電動馬達是由蘇格蘭僧侶安德魯·戈登（Andrew Gordon）創建的簡單的靜電設備。1827年，匈牙利物理學家安幼思·傑德利克（ÁnyosJedlik）開始嘗試用電磁線圈進行實驗。傑德利克解決一些技術問題後，稱他的設備為“電磁自轉機”。雖然只用於教學目的，但第一款傑德利克的設備已包含今日直流電動機的三個主要組成部分：定子，轉子和換向器。

圖2.1827年的電動機

1835年，美國一位鐵匠湯馬斯·達文波特（Thomas Davenport）製作出世界上第一台能驅動小電車的套用電動機，並在1837年申請了專利。由於主要動力電池成本極高，在商業上不成功，達文波特破產。一些發明家繼續發展套用電動機，但都遇到了同樣電池發電成本的問題。

1845年，英國物理學家惠斯頓（Wheatstone）申請線性電動機的專利，但原理於1960年代才被重視，而設計了實用性的線性電動機，已被廣泛在工業上套用。

1870年代初期，世界上最早可商品化的電動機由比利時電機工程師Zenobe Theophile Gamme所發明。1888年，美國著名發明家尼古拉·特斯拉套用法拉第的電磁感應原理，發明交流電動機，即為感應電動機。

1902年，瑞典工程師丹尼爾森利用特斯拉感應電動機的旋轉磁場觀念，發明了同步電動機。1923年，蘇格蘭人James Weir French發明三相可變磁阻型（Variable reluctance）步進電動機。

1962年，藉霍爾元件之助，實用之DC無刷電動機終於問世。1980年代，實用之超音波電動機開始問世。

原理

電動機的旋轉原理的依據為佛來明左手定則或是右手開掌定則，當一導線置放於磁場內，若導線通上電流，則導線會切割磁場線使導線產生移動。電流進入線圈產生磁場，利用電流的磁效應，使電磁鐵在固定的磁鐵內連續轉動的裝置，可以將電能轉換成動能。與永久磁鐵或由另一組線圈所產生的磁場互相作用產生動力。

電動機的種類很多，以基本結構來說，其組成主要由定子和轉子所構成。定子在空間中靜止不動，轉子則可繞軸轉動，由軸承支撐。定子與轉子之間會有一定空氣間隙（氣隙），以確保轉子能自由轉動。機殼（場軛）需要用高導磁係數材料製成，要當作磁路用。

直流電動機的原理是定子不動，轉子依相互作用所產生作用力的方向運動。交流電動機則是定子繞組線圈通上交流電，產生旋轉磁場，旋轉磁場吸引轉子一起作旋轉運動。

種類

依磁場方向分類：

• 軸向磁場電動機
  
• 徑向磁場電動機
  

依使用電源分類：

• 直流電動機：使用永久磁鐵或電磁鐵、電刷、整流子等元件，電刷和整流子將外部所供應的直流電源，持續地供應給轉子的線圈，並適時地改變電流的方向，使轉子能依同一方向持續旋轉。
  
• 交流電動機：將交流電通過電動機的定子線圈，設計讓周圍磁場在不同時間、不同的位置推動轉子，使其持續運轉
  
• 脈衝電動機：電源經過數位IC晶片處理，變成脈衝電流以控制電動機，步進電動機就是脈衝電動機的一種。
  

依構造分類：

• 同步電動機：特點是恆速不變與不需要調速，起動轉矩小，且當電動機達到運轉速度時，轉速穩定，效率高。
  
• 感應電動機：特點是構造簡單耐用，且可使用電阻或電容調整轉速與正反轉，典型套用是風扇、壓縮機、冷氣機。
  
• 可逆電動機：基本上與感應電動機構造與特性相同，特點電動機尾部內藏簡易的剎車機構（摩擦剎車），其目的為了藉由加入摩擦負載，以達到瞬間可逆的特性，並可減少感應電動機因作用力產生的過轉量。
  
• 步進電動機：特點是脈衝電動機的一種，以一定角度逐步轉動的電動機，因採用開迴路（Open Loop）控制方式處理，因此不需要位置檢出和速度檢出的回授裝置，就能達成精確的位置和速度控制，且穩定性佳。
  
• 伺服電動機：特點是具有轉速控制精確穩定、加速和減速反應快、動作迅速（快速反轉、迅速加速）、小型質輕、輸出功率大（即功率密度高）、效率高等特點，廣泛套用於位置和速度控制上。
  
• 線性電動機：具有長行程的驅動並能表現高精密定勢能力。
  
• 其他：旋轉換流機（Rotary Converter）、旋轉放大機（Rotating Amplifier）等。
  

滾珠軸承

滾珠軸承，主要包含四個基本元件：滾珠、內環、外環與保持器，如圖所示。一般工業用的滾珠軸承滿足AISI 52100的標準，滾珠與環通常是以高鉻鋼製成，洛氏硬度約在61至65之間。而保持器的硬度相較於滾珠與環低，其材料有金屬（如：中碳鋼、鋁合金）或非金屬（如：鐵弗龍、PTEF、高分子材料）。由於滾動軸承（如右圖）比頸軸承的轉動摩擦阻力小，因此相同的轉速下，摩擦產生的溫度會比較低。

圖3.滾珠軸承

另見

• 同極發電機
  
• 同極電機
  
• 法拉第悖論