มอเตอร์คือเครื่องกลไฟฟ้าที่ทำหน้าที่เปลี่ยนพลังงานไฟฟ้าให้เป็นพลังงานกลในรูปของการหมุนเคลื่อนที่  นำไปใช้งานร่วมกับอุปกรณ์ไฟฟ้า  เครื่องมือไฟฟ้าและเครื่องใช้ไฟฟ้ามากมาย ประมาณ 80-90%

7.1  เส้นแรงแม่เหล็กและสนามแม่เหล็ก

         แม่เหล็ก (Magnet) ได้ชื่อว่าเป็นหินนำทาง (Leading Stone) มีความสามารถดูดเหล็กได้  เมื่อนำมาห้อยแขวนด้วยเชือก  แท่งแม่เหล็กสามารถหมุนได้อย่งอิสระ  แต่จะชี้ไปในทิศทางเดิมตลอดเวลา  โดยชี้ไปในแนวสนามแม่เหล็กโลก  ตามขั้วสนามแม่เหล็กที่มี 2 ขั้วคือ  ขั้วเหนือ (North Pole) หรือขั้ว N และขั้วใต้ (South Pole) หรือ ขั้ว S เกิดขึ้นที่ปลายแต่ละด้านของแท่งแม่เหล็ก  ลักษณะแท่งแม่เหล็กชี้ไปในทิศสนามแม่เหล็กโลก  ดังในรูป

            ขั้วแม่เหล็กแต่ละขั้วมีสนามแม่เหล็ก (Magnetic Field)  เกิดขึ้น  ความเข้มของสนามแม่เหล็กเกิดขึ้นมาที่ปลายขั้วทั้งสอง  สนามแม่เหล็กแผ่ออกรอบขั้วแม่เหล็ก  วิ่งเคลื่อนที่ประสานกันระหว่างขั้วแม่เหล็กทั้งสอง  การเคลื่อนที่ของสนามแม่เหล็กจะเคลื่อนที่จากขั้วเหนือ (N) ไปหาขั้วใต้ (S) เสมอ การเคลื่อนที่ดังกล่าวทำให้เกิดเส้นแรงแม่เหล็ก (Magnetic Line of Force) ขึ้นมา  รอบแท่งแม่เหล็ก เส้นแรงแม่เหล็กและสนามแม่เหล็ก แสดงดังรูป

       นักวิทยาศาสตร์ชาวสวีเดนชื่อ ฮันซ์  คริสเตียน  เออร์สเตด  (Hans Christian Oersted)  ได้ค้นพบความสัมพันธ์อย่างหนึ่งโดยบังเอิญ  ขณะที่เขาทำการทดลองปล่อยกระแสผ่านเข้าไปในเส้นลวดตัวนำเส้นหนึ่ง  และมีเข็มทิศวางอยู่ใกล้ๆ  กับเส้นลวดที่มีกระแสไหลผ่าน  เข็มทิศเกิดการบ่ายเบนไปจากแนวเดิม  เออร์สเตดทดลองกลับทิศทางการไหลของกระแส  เข็มทิศก็เกิดการบ่ายเบนไปอีกเช่นกัน  โดยมีทิศทางตรงกันข้ามกับครั้งแรก

            เออร์สเตดสรุปผลการทดลองครั้งนี้ว่า  "เมื่อมีกระแสไหลผ่านเส้นลวดตัวนำ  จะเกิดเส้นแรงแม่เหล็กขึ้นมารอบ ๆ เส้นลวดตัวนำนั้น"  ลักษณะเส้นแรงแม่เหล็กที่เกิดขึ้นรอบเส้นลวดตัวนำ  เกิดขึ้นเป็นลักษณะวงกลมล้อมรอบเส้นลวดตัวนำ  ลักษณะการเกิดเส้นแรงแม่เหล็กรอบเส้นลวดตัวนำ  แสดงดังรูป

            สนามแม่เหล็กที่เกิดขึ้นแต่ละขั้วของแม่เหล็กมีคุณสมบัติตรงกันข้าม  ดังนั้นขั้วแม่เหล็กที่ต่างกัน  สนามแม่เหล็กที่เกิดขึ้นจะมีอำนาจแม่เหล็กที่ดูดกัน  และขั้วแม่เหล็กที่เหมือนกัน  สนามแม่เหล็กที่เกิดขึ้นจะมีอำนาจแม่เหล็กที่ผลักกัน  คุณสมบัติดังกล่าวเหมือนกับคุณสมบัติของประจุไฟฟ้า  การดึงดูดและการผลักกันของขั้วแม่เหล็ก 

7.3 มอเตอร์ไฟฟ้าเบื้องต้น

            เราจะพบว่าชีวิตประจำวัน  การใช้อุปกรณ์ เครื่องมือ เครื่องใช้หลายสิ่งหลายอย่างเกี่ยวข้องกับการเคลื่อนไหว การเคลื่อนที่ เช่น พัดลม เครื่องซักผ้า เครื่องปั่นผลไม้ เครื่องผสมอาหาร เครื่องคั้นน้ำผลไม้ และเครื่องดูดฝุ่นเป็นต้น เมื่อมองเข้าไปภายในอุปกรณ์ เครื่องมือเครื่องใช้เหล่านั้น มีสิ่งหนึ่งที่นำมาใช้งานเหมือนกันและมีบทบาทสำคัญต่การทำงานของอุปกรณ์ เครื่องมื เครื่องใช้เหมือนกัน สิ่งที่สำคัญสิ่งนั้นคือ มอเตอร์ (Motor)

            มอเตอร์คือเครื่องกลไฟฟ้า (Electormechanical Energy) ที่ทำหน้าที่เปลี่ยนพลังงานไฟฟ้า (Electric Energy) ให้เป็นพลังงานกล (Mechanical Energy) ในรูปของการหมุนเคลื่อนที่ มีประโยชน์ในการนำไปใช้งานได้อย่างกว้างขวาง ถูกนำไปร่วมใช้งานกับอุปกรณ์ไฟฟ้า เครื่องมือไฟฟ้า และเครื่องใช้ไฟฟ้าถึงประมาณ 80-90% ลักษณมอเตอร์ไฟฟ้า (Electric Motor) แสดงดังรูป

มอเตอร์ไฟฟ้า

           มอเตอร์ไฟฟ้ามีโครงสร้างเบื้องต้นที่สำคัญ 2 ส่วนคือ ส่วนแม่เหล็กถาวร และส่วนของขดลวดตัวนำ ซึ่งมีโครงสร้างคล้ายกับเครื่องกำเนิดไฟฟ้า การทำงานของมอเตอร์ไฟฟ้าอาศัยสนามแม่เหล็ก 2 ชุดที่เกิดขึ้น ได้แก่ สนามแม่เหล็กถาวร และสนามแม่เหล็กไฟฟ้าของขดลวดตัวนำ ส่งผลให้เกิดการผลักดันกันขึ้นของสนามแม่เหล็กทั้งสอง ทำให้ขดลวดตัวนำเคลื่อนที่ที่วางอยู่กลางแม่เหล็กถาวร เกิดการหมุนเคลื่อนที่ไปได้ การหมุนเคลื่อนที่ของขดลวดตัวนำและทิศทางการเคลื่อนที่       

7.4 การทำงานของมอเตอร์ไฟฟ้า

            มอเตอร์ไฟฟ้าที่ถูกผลิตขึ้นมาใช้งานแบ่งออกได้เป็น 2 ประเภท คือ มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรง (DC Motor) เป็นมอเตอร์ที่ต้องใช้กับแหล่งจ่ายไฟฟ้ากระแสตรง (DC Source) เป็นมอเตอร์แบบเบื้องต้นที่ถูกผลิตมาใช้งาน  และมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับ (AC Motor) เป็นมอเตอร์ที่ต้องใช้กับแหล่งจ่ายไฟฟ้ากระแสสลับ (AC Source) มอเตอร์ชนิดนี้ถูกพัฒนามาจากมอเตอร์กระแสตรง เพื่อให้สามารถใช้งานได้อย่างกว้างขวางมากขึ้น

            มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงประกอบด้วย แม่เหล็กถาวร 2 ขั้ววางอยู่ระหว่างขดลวดตัวนำ ขดลวดตำนำจะได้รับแรงดันไฟตรงป้อนให้ในการทำงาน ทำให้เกิดอำนาจแม่เหล็ก 2 ชุด มีขั้วแม่เหล็กเหมือนกันวางใกล้กัน เกิดแรงผลักดันทำให้ขดลวดตัวนำหมุนเคลื่อนที่ได้ การทำงานเบื้องต้นของมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรง แสดงดังรูปที่ 7.10

แสดงการทำงานของมอเตอร์

แสดงการทำงานของมอเตอร์

            จากรูปที่ 7.10 เป็นการทำงานเบื้องต้นของมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรง มีแรงดันไฟตรงจ่ายผ่านแปรงถ่านไปคอมมิวเตเตอร์ ผ่านไปให้ขดลวดตัวนำที่อาร์เมเจอร์ ทำให้ขดลวดอาร์เมเจอร์เกิดสนามแม่เหล็กไฟฟ้าขึ้นมา ทางด้านซ้ายมือเป็นขั้วเหนือ (N) และ้ด้านขวาเป็นขั้วใต้ (S) เหมือนกับขั้วแม่เหล็กถาวรที่วางอยู่ใกล้ๆ เกิดอำนาจแม่เหล็กผลักดันกัน อาร์เมเจอร์หมุนไปในทิศทางตามเข็มนาฬิกา พร้อมกับคอมมิวเตเตอร์หมุนตามไปด้วย แปรงถ่านสัมผัสกับส่วนของคอมมิวเตเตอร์ เปลี่ยนไปในอีกปลายหนึ่งของขดลวด แต่มีผลทำให้เกิดขั้วแม่เหล็กที่อาร์เมเจอร์เหมือนกับชั้วแม่เหล็กถาวรที่อยู่ใกล้ๆอีกครั้ง ทำให้อาร์เมเจอร์ยังคงถูกผลักให้หมุนไปในทิศทางตามเข็มนาฬิกาตลอดเวลา เกิดการหมุนของอาร์เมเจอร์คือมอเตอร์ไฟฟ้าทำงาน

            มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงที่ผลิตมาใช้งาน มีโครงสร้างและส่วนประกอบคล้ายกับเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรง มีส่วนประกอบที่สำคัญเหมือนกัน มีรูปร่างลักษณะภายนอกคล้ายกัน แตกต่างกันตรงการนำไปใช้งาน โดยเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรงจะทำให้เกิดไฟฟ้าในรูปของแรงดันไฟตรงออกมา ส่วนมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงเมื่อจ่ายแรงดันไฟตรงให้มอเตอร์ ทำให้มอเตอร์หมุนเกิดพลังกลขึ้นมา ส่วนประกอบของมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรง แสดงดังรูปที่ 7.11

1. โรเตอร์
2. ขดลวดสนามแม่เหล็ก
3. ขั้วต่อสาย
4. โครงมอเตอร์
5. ฝาครอบหัว
6. ฝาครอบท้าย

ส่วนประกอบหลักๆ ของมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรง ประกอบด้วยส่วนต่างๆ ดังนี้

            1.) ขดลวดสนามแม่เหล็ก (Field Coil) คือขดลวดที่ถูกพันอยู่กับขั้วแม่เหล็กที่ยึดติดกับโครงมอเตอร์ ทำหน้าที่กำเนิดขั้วแม่เหล็กขั้วเหนือ (N) และขั้วใต้ (S) แทนแม่เหล็กถาวรขดลวดที่ใช้เป็นขดลวดอาบน้ำยาฉนวน สนามแม่เหล็กจะเกิดขึ้นเมื่อจ่ายแรงดันไฟตรงให้มอเตอร์

            2.) ขั้วแม่เหล็ก (Pole Pieces) คือแกนสำหรับรองรับขดลวดสนามแม่เหล็กถูกยึดติดกับโครงมอเตอร์ด้านใน ขั้วแม่เหล็กทำมาจากแผ่นเหล็กอ่อนบางๆ อัดซ้อนกัน (Lamination Sheet Steel) เพื่อลดการเกิดกระแสไหลวน (Edy Current) ที่จะทำให้ความเข้าของสนามแม่เหล็กลดลง ขั้วแม่เหล็กทำหน้าที่ให้กำเนิดขั้วสนามแม่เหล็กมีความเข้มสูงสุด แทนขั้วสนามแม่เหล็กถาวร ผิวด้านหน้าของขั้วแม่เหล็กทำให้โค้งรับกับอาร์เมเจอร์พอดี

            3.) โครงมอเตอร์ (Motor Frame) คือส่วนเปลือกหุ้มภายนอกของมอเตอร์ และยึิดส่วนอยู่กับที่ (Stator) ของมอเตอร์ไว้ภายในร่วมกับฝาปิดหัวท้ายของมอเตอร์ โครงมอเตอร์ทำหน้าที่เป็นทางเดินของเส้นแรงแม่เหล็กระหว่างขั้วแม่เหล็กให้เกิดสนามแม่เหล็กครบวงจร

            4.) อาร์เมเจอร์ (Armature) คือส่วนเคลื่อนที่ (Rotor) ถูกยึดติดกับเพลา (Shaft) และรองรับการหมุนด้วยที่รองรับการหมุน (Bearing) ตัวอาร์เมเจอร์ทำจากเหล็กแผ่นบางๆ อัดซ้อนกัน ถูกเซาะร่องออกเป็นส่วนๆ เพื่อไว้พันขดลวดอาร์เมเจอร์ (Armature Winding) ขดลวดอาร์เมเจอร์เป็นขดลวดอาบน้ำยาฉนวน ร่องขดลวดอาร์เมเจอร์จะมีขดลวดพันอยู่และมีลิ่มไฟเบอร์อัดแน่นขึดขดลวดอาร์เมเจอร์ไว้ ปลายขดลวดอาร์เมเจอร์ต่อไว้กับคอมมิวเตเตอร์ อาร์เมอเจอร์ผลักดันของสนามแม่เหล็กทั้งสอง ทำให้อาร์เมเจอร์หมุนเคลื่อนที่

            5.) คอมมิวเตเตอร์ (Commutator) คือส่วนเคลื่อนที่อีกส่วนหนึ่ง ถูกยึดติดเข้ากับอาร์เมเจอร์และเพลาร่วมกัน คอมมิวเตเตอร์ทำจากแ่ท่งทองแดงแข็งประกอบเข้าด้วยกันเป็นรูปทรงกระบอก แต่ละแท่งทองแดงของคอมมิวเตเตอร์ถูกแยกออกจากกันด้วยฉนวนไมก้า (Mica) อาร์เมเจอร์ คอมมิวเตเตอร์ทำหน้าที่เป็นขั้วรับแรงดันไฟตรงที่จ่ายมาจากแปรงถ่าน เพื่อส่งไปใ้ห้ขดลวดอาร์เมอร์

            6.) แปรงถ่าน (Brush) คือตัวสัมผัสกับคอมมิวเตเตอร์ ทำเป็นแท่งสี่เหลี่ยมผลิตมาจากคาร์บอนหรือแกรไฟต์ผสมผงทองแดง เพื่อให้แข็งและนำไฟฟ้าได้ดี มีสายตัวนำต่อร่วมกับแปรงถ่านเพื่อไปรับแรงดันไฟตรงที่จ่ายเข้ามา แปรงถ่านทำหน้าที่รับแรงดันไฟตรงจกแหล่งจ่าย จ่ายผ่านไปให้คอมมิวเตเตอร์

แสดงวงแหวนคอมมิวเตเตอร์ และ แปรงถ่าน               แสดงโครงสร้างและภาพจริงของอาเมเจอร์                                         แสดงภาพด้านหน้าและด้านหลังของมอเตอร์                                 แสดงสเตเตอร์และส่วนประกอบซึ่งเป็นแม่เหล็กถาวร แสดงอาเมเจอร์และส่วนประกอบ     ส่วนฝาพลาสติกที่มีขั้วต่อไฟเชื่อมต่อกับแผ่นทองแดง