电动机[1](electric motor,electromotor)又称电马达,简称电机、马达,是使用电磁力的發動機[2][3],泛指任何可以將電能通过电磁学原理轉化成機械能並做功產生動能来驅動其他裝置的電氣設備。大部分电动机都是旋转电机,通過磁場和繞組電流之间的互动产生转矩;但可以产生直线动量的直线电动机正在被研发作为电磁弹射器和磁轨炮等现代军用装备。
电动机與依赖燃料的热机發動機(比如蒸汽机、内燃机和喷气发动机等)和依赖流体力学的其它发动机(如液压发动机和气压发动机)的原理差别在於能量转换的方式不同:大部分传统车辆发动机都是往复式发动机,通过燃烧燃料释放热能为气缸加压驱动活塞产生往复运动,然后再通过曲轴将直线运动转换为旋转;航空发动机和航海发动机多为涡轮发动机,也依靠燃气热能在燃烧室内产生高压,然后定向释放压力驱动涡轮旋转;液压和气压发动机则是使用物理手段将流体加压,然后释放压力驱动机械;而电动机则是依赖洛伦兹力原理直接产生旋转动能。
与电动机原理相同、但能量转化方向相反的是發電機,将外部(如水力、風力、或由火力或核动力推动涡轮机构)施加的機械能通过驱动磁场和绕组之间的相对旋转轉為電能来满足下游的负载;若沒有負載,發電機不會有電流流出。电动机和電力電子、微控器配合已形成一門新專業,稱為机电工程学。
1740年,第一个电动马达是由苏格兰僧侶安德鲁·戈登(Andrew Gordon)创建的简单的静电设备。1827年,匈牙利物理学家耶德利克·阿纽什(Ányos Jedlik)开始尝试用电磁线圈進行實驗。傑德利克解决一些技术问题後,稱他的设备為“電磁自轉機”(electromagnetic self-rotors)。虽然只用于教学目的,但第一款傑德利克的设备已包含今日直流馬達的三个主要组成部分:定子,转子和换向器。
1836年,美國一位鐵匠湯馬斯·達文波特(英语:Thomas Davenport (inventor))(Thomas Davenport)製作出世界上第一台能驅動小電車的應用馬達,並在1837年申请了专利。由于主要动力电池成本極高,在商业上不成功,達文波特破产。一些发明家繼續发展應用馬達,但都遇到了同样电池发电成本的问题。
1845年,英國物理學家查爾斯·惠斯通(Wheatstone)申請線性馬達的專利,但原理於1960年代才被重視,而設計了實用性的線性馬達每次目前已被廣泛在工業上應用。
1870年代初期,世界上最早可商品化的馬達由比利時電機工程齐纳布·格拉姆(Zénobe Théophile Gramme)发明。
1888年,美國著名發明家尼古拉·特斯拉應用法拉第的電磁感應原理,發明交流馬達,即為感應馬達。
1902年,瑞典工程師丹尼爾森利用特斯拉感應馬達的旋轉磁場觀念,發明了同步馬達。1923年,蘇格蘭人James Weir French發明三相可變磁阻型(Variable reluctance)步進馬達。
1962年, 借助霍爾元件,實用的直流电無刷馬達問世。1980年代,實用的超音波馬達問世。
馬達的旋轉原理的依據為佛来明右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。
直流馬達的原理是定子不動,轉子依相互作用所產生作用力的方向運動。交流馬達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。
串励直流
并励直流
他励直流
永磁直流
鼠笼式
绕线式
电励磁式
永磁无刷——爪极式(PMSM)
磁阻式
永磁无刷(BLDC)
开关磁阻
電動機用途眾多,大至重型工業,小至小型玩具都有其蹤跡。在不同的環境下都會選擇不同類型的電動機,以下是一些例子:
民生用品
工業與商業用途
在使用馬達前需先了解其使用的電源是直流電還是交流電,如果是交流電,還需知道它是三相還是單相的交流電,接錯電源會導致不必要的損失和危險。馬達轉動後若沒有接負載或負載很輕使得馬達轉速快,則感應電動勢較強,此時馬達兩端電壓為電源提供電壓減去感應電壓,因此電流減弱。
若馬達的負載很重,轉速慢則相對感應電動勢較小,也因此電源需提供較大電流(功率)以對應所需的較大功率來輸出/作功。