致動器與驅動

直流馬達

直流馬達是最簡單、最便宜的電動機:把它接上電池,軸就轉起來。「直流」指的是直流電——電池給出的那種穩定、單方向的電,與牆上插座來回往復的電流相反。玩具、電鑽和許多小機器人裡嗡嗡作響的小馬達,就是它。把電池兩根線對調,馬達就反著轉;正是這份簡單,讓初學者最先想到它。

在它內部,靠的是磁的一個巧招。一圈線圈夾在磁鐵之間,當電流流過線圈,線圈就變成一塊臨時的電磁鐵,被固定磁鐵又推又拉而轉動起來。但要一直朝同一方向轉,線圈裡的電流必須在每一圈的恰當時刻翻轉方向。一個叫換向器的巧妙旋轉開關會自動做這件事,幾塊叫電刷的小碳塊貼著它滑動,把電流送進去。這就是為什麼這種日常類型更準確的叫法是有刷直流馬達。

它的脾氣遵循一條簡單規律,叫扭矩—轉速曲線。空載時它轉得飛快,卻幾乎給不出扭轉的力;壓上重負載,它會一邊變慢一邊使更大的勁,直到滿載時堵轉——停轉不動,同時吃進最大的電流、爆發出最強的扭轉。給它更高的電壓,它轉得更快;這份「靠電壓說話」的簡單讓它好驅動、也寬容。代價在電刷:它們摩擦、磨損、打火,所以有刷馬達比無刷的同類更吵、壽命也更短。

一台便宜的循線機器人用兩個有刷直流馬達,每個輪子一個。要左轉,控制器只需讓右邊馬達比左邊轉得稍快一點——不需要任何花俏的電子設備。

兩個簡單的直流馬達加一顆電池——就足以讓機器人行駛和轉向。

用手轉動直流馬達的軸,它會反過來產生電壓——它此時就是一隻小發電機。這種「反過來的電壓」叫反電動勢,它也正是限制馬達最高轉速的東西。

又稱
brushed DC motor有刷直流电机有刷直流馬達直流电动机直流電動機