二十一世紀的馬達

人類文明的發達，來自於能源利用技術的進步，例如：生火以使用熱能、發明車輪搬運重物等。到了近代，人們還發明蒸汽機，利用蒸汽的力量，引發工業革命。後來，更發明發電機，讓各種自然能源（石油、煤、水力等）轉換成電能。現今，我們的生活處處依靠電能，而且有一半以上的電能（電力）都用於驅動馬達。

1960 年代，日本有三種家電被稱為「家庭神器」。這三個神器分別是各個家庭都非常想要的洗衣機、電冰箱以及黑白電視機，其中兩個神器需要使用馬達。亦即，家裡有兩台馬達，即能擁有便利的生活。後來，電風扇、磁帶錄音機的出現，使家中的馬達數量逐漸增加。今日，家中的馬達已經多到難以掌握，人們處處依靠馬達，卻不曉得馬達到底位在哪些機器中。明明家裡、公司與街上到處都是馬達，我們卻不曉得，為什麼呢？因為多數的馬達都安裝在機器內部。某些家電產品可由外觀看出馬達的存在，例如電風扇、洗衣機。但手機的震動裝置內部也有直徑約2mm的超小型馬達，可擺盪擺鎚使手機震動。也就是說，現代人隨身攜帶著馬達。交通工具已逐步由引擎驅動的時代，邁入馬達驅動的時代。別說是電車、電動車，最近連船也換成馬達驅動。而引擎汽車的內部，使用了超過一百台的馬達，街上也有很多東西都使用馬達驅動，例如電扶梯、電梯等。

供給大樓住戶自來水的幫浦也使用馬達，停電時，大樓沒辦法供給自來水，是因為馬達沒辦法運轉。

馬達充滿我們的生活，其實是最近的事。邁入二十一世紀前，馬達出現了巨大的變化：高性能釹磁鐵的發明、電腦的進步、控制電流半導體（IGBT）的發明。釹磁鐵是由釹、鐵、硼（Nd-Fe-B）做成的磁鐵，磁力比以前的主流「鐵氧體磁鐵」強十倍。由於釹磁鐵，馬達越做越小，更易於組裝到機器內部。大家應該都曉得，個人電腦（PC）的出現帶動了電腦界的快速發展，同時也帶動馬達控制技術的進步。IGBT 1和電腦的結合，促成電子電力學的技術進步，讓我們能夠自由控制馬達的旋轉。

旋轉馬達需要電流。發明馬達的十八世紀，電源只有來自電池的直流電，因此當時所有的馬達都是直流馬達。後來，交流發電機問世，逐漸出現交流馬達，因此馬達可依電源，分成直流馬達和交流馬達。

馬達的分類

本書介紹的馬達有四種：直流馬達、無刷馬達、同步馬達、感應馬達。有一類直流馬達用線圈（Coil）代替磁鐵，將線圈當作電磁鐵。同步馬達也有不使用磁鐵的線圈式同步馬達，此外，還有轉子不含磁鐵與線圈的同步磁阻馬達（Synchronous Reluctance Motor）。某些感應馬達也有線圈式轉子。另外，還有旋轉原理和構造皆不同的步進馬達（Stepper Motor）、線性馬達等。馬達的種類真的非常多。常見的馬達分類方式可依電源的種類區分，但是，最近許多馬達不直接接電源，而是和驅動迴路共用，而且越來越多馬達沒有驅動迴路就沒辦法旋轉。不論電源是直流電還是交流電，驅動迴路都能轉換成馬達所需的電源，此處以電車為例，來說明驅動迴路的功能吧，請看圖1.1。電車由上方的架空電線供給直流電，其中一條電源線接在鐵軌上。直流電經由集電弓流入電車，有些電車不轉換而直接使用，但最近許多電車會利用驅動迴路，將直流電轉換成交流電，以交流馬達驅動的電車現已越來越多。依電源分類的方式，不是根據流入電源來分類，而是根據驅動馬達的電源。本書將介紹我們身邊輸出功率較小，用途廣泛的馬達，並簡要介紹馬達的原理與構造。

二十一世紀的馬達

人類文明的發達，來自於能源利用技術的進步，例如：生火以使用熱能、發明車輪搬運重物等。到了近代，人們還發明蒸汽機，利用蒸汽的力量，引發工業革命。後來，更發明發電機，讓各種自然能源（石油、煤、水力等）轉換成電能。現今，我們的生活處處依靠電能，而且有一半以上的電能（電力）都用於驅動馬達。

1960 年代，日本有三種家電被稱為「家庭神器」。這三個神器分別是各個家庭都非常想要的洗衣機、電冰箱以及黑白電視機，其中兩個神器需要使用馬達。亦即，家裡有兩台馬達，即能擁有便利的生活。後來，電風扇、磁帶錄...

　　我們身邊充滿馬達，可以說是無處不有。冷氣、吸塵器等家電產品，大多靠馬達驅動，生活所需的瓦斯、自來水，也是使用裝有馬達的幫浦、壓縮機運送。沒有馬達，我們的生活將難以為繼。

　　全世界的馬達大約有七成是由日本工廠製造。日本可說是馬達的王國，技術引領全球。隨著馬達種類與使用的增加，越來越多人想瞭解馬達的原理及使用方式。許多非專科的朋友認為，馬達的專業書籍難以理解。為什麼會難以理解呢？馬達只是利用電流和磁力相互作用而旋轉的機械啊。由於電流和磁力肉眼都無法看見，看不見的東西以文字、數學式說明，並無法讓人掌握概念，因為看不到。說明馬達的原理及構造，不能用文字，也不能用數學式，而應該使用簡單易懂的圖像。而且，僅有圖像並不夠，還必須使用包含圖像和文字的漫畫。本書將以漫畫的形式說明馬達的原理，接著解說常用馬達的原理與使用方式，包括直流電馬達、無刷馬達、感應馬達與同步馬達。

　　操作馬達的學問稱為電機工程，而電機工程的教科書連電機系的學生都覺得困難。本書將以漫畫的形式說明馬達，讓非電機系的讀者也能理解。漫畫書籍的出版可說是一種「工藝」，需經過原作內容的加工、作畫到編輯原稿，最後才能印刷出版。各過程的負責人稍有疏失，即會讓這本漫畫「工藝品」產生瑕疵，本書也是多人合力「製作」的漫畫工藝品。希望讀者讀完本書，能夠喜歡上馬達，但變成馬達狂熱者就不必啦。

　　我們身邊充滿馬達，可以說是無處不有。冷氣、吸塵器等家電產品，大多靠馬達驅動，生活所需的瓦斯、自來水，也是使用裝有馬達的幫浦、壓縮機運送。沒有馬達，我們的生活將難以為繼。

　　全世界的馬達大約有七成是由日本工廠製造。日本可說是馬達的王國，技術引領全球。隨著馬達種類與使用的增加，越來越多人想瞭解馬達的原理及使用方式。許多非專科的朋友認為，馬達的專業書籍難以理解。為什麼會難以理解呢？馬達只是利用電流和磁力相互作用而旋轉的機械啊。由於電流和磁力肉眼都無法看見，看不見的東西以文字、數學式說明，並無法...

前言
序曲 聽我說嘛！馬達厲害的地方！

第1章 各種馬達
1.1 馬達使用在什麼地方？
1.2 常見的馬達
1.3 馬達的進化
補充
● 21世紀的馬達
● 馬達的分類

第2章 什麼是馬達？
2.1 什麼是馬達？
2.2 馬達的構造
2.3 馬達回轉的原理
2.4 發電機＆馬達
2.5 轉矩是什麼？
補充
● 什麼是磁場？
● 馬達為什麼會回轉？
● 轉矩的計算

第3章 直流馬達
3.1 直流馬達的原理
3.2 直流馬達的構造
3.3 直流馬達的旋轉能夠改變
補充
● 直流馬達為什麼會回轉？
● 轉矩常數＆電動勢常數
● 直流馬達的等效電路＆控制方法

第4章 無刷馬達
4.1 什麼是電刷？
4.2 無刷馬達的原理
4.3 無刷馬達的構造
補充
● 電刷的功用
● 無刷馬達為什麼會旋轉？
● 一個開關切換電刷
● 無刷馬達的感測器
column 無刷馬達的名稱

第5章 同步馬達
5.1 交流電
5.2 回轉磁場
5.3 同步電壓的原理
補充
● 什麼是交流電？
● 交流電＆旋轉磁場
● 同步馬達為什麼會旋轉？
● 同步馬達的構造
column 電感

第6章 感應馬達
6.1 感應馬達的原理
6.2 感應馬達的構造
6.3 感應馬達的特性
補充
● 感應馬達為什麼會旋轉？
● 感應馬達的構成
● 感應馬達的性能
column 阻抗
附錄 其他的馬達
●步進馬達（Stepper Motor）
●SR馬達
●線性馬達

索引

前言
序曲 聽我說嘛！馬達厲害的地方！

第1章 各種馬達
1.1 馬達使用在什麼地方？
1.2 常見的馬達
1.3 馬達的進化
補充
● 21世紀的馬達
● 馬達的分類

第2章 什麼是馬達？
2.1 什麼是馬達？
2.2 馬達的構造
2.3 馬達回轉的原理
2.4 發電機＆馬達
2.5 轉矩是什麼？
補充
● 什麼是磁場？
● 馬達為什麼會回轉？
● 轉矩的計算

第3章 直流馬達
3.1 直流馬達的原理
3.2 直流馬達的構造
3.3 直流馬達的旋轉能夠改變
補充
● 直流馬達為什麼會回轉？
● 轉矩常數＆電動勢常數
● 直流馬達的等...