馬達(dá)的運(yùn)作原理
今期筆者會(huì)先介紹傳動(dòng)裝置。首先是傳統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)器──馬達(dá)（Motor）。 馬達(dá)，一般人俗稱「摩打」，它可說是無處不在。由家里的洗衣機(jī)、電風(fēng)扇、冷氣機(jī)，到代步用的巴士、鐵路、飛機(jī)，無一不使用馬達(dá)。機(jī)械人方面更是不可或缺的一環(huán)，因?yàn)楝F(xiàn)時(shí)絕大部份電動(dòng)機(jī)械人，不論是利用肢體來走路，或是利用車輪、履帶來行走，都要依靠馬達(dá)才能活動(dòng)。馬達(dá)面世至今已有一百多年，已發(fā)展出不同種類以配合各式各樣的用途。不過筆者首先要介紹的是最基本的DC馬達(dá)（DC Motor）。
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如 上期所述，馬達(dá)是將電力轉(zhuǎn)化成機(jī)械動(dòng)能的裝置。但在解釋馬達(dá)如何運(yùn)作前，讀者必先要知道電磁鐵（Electromagnet）的概念。圖1展示了一項(xiàng)實(shí) 驗(yàn)。當(dāng)包裹著那根鐵釘?shù)碾娋€圈通電之后，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)磁場（Electromagnetic Field），而那根鐵釘亦會(huì)被磁化（Magnetization），變成帶有磁性的金屬并附有極性，如圖中所示。假如電線圈的電流方向改變，其磁場的兩 極便會(huì)對調(diào)，變成了左邊是南極，右邊是北極。但由于在外面有另一個(gè)固定的同極性磁場存在，于是那根鐵釘便會(huì)旋轉(zhuǎn)，直至兩個(gè)磁場成九十度角（或小于九十度 角）為止。 |
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這 個(gè)簡單的實(shí)驗(yàn)表達(dá)了一個(gè)重要的原理，就是我們可以借著兩個(gè)磁場之間「同性相斥，異性相吸」的特性產(chǎn)生機(jī)械運(yùn)動(dòng)。再想象一下，假如我們可以不停地改變電磁鐵 兩極的位置，便可以令電磁鐵持續(xù)地運(yùn)轉(zhuǎn)，從而制造出一個(gè)持久的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。若更進(jìn)一步，在這個(gè)會(huì)旋轉(zhuǎn)的電磁鐵上加上伸延軸心并裝上車輪，便可以制造出車輛 了。但要將以上的實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)成實(shí)用的馬達(dá)，還需要在設(shè)計(jì)上稍作修改，變?yōu)閳D2的模樣。
圖 2
在電磁學(xué)上，這種現(xiàn)像稱為「弗林明左手定律」（Fleming's Left Hand Rule）。為何叫左手定律呢？乃是因?yàn)榭梢杂米笫值哪分?、食指及中指來表達(dá)這個(gè)現(xiàn)像。至于這三只手指跟圖2又有甚么關(guān)系呢？希望讀者能花點(diǎn)時(shí)間推想一下。下期筆者會(huì)繼續(xù)解釋。
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