§8-1測速發(fā)電機(jī)§8-2伺服電動機(jī)§8-3步進(jìn)電動機(jī)§8-4永磁電機(jī)§8-5直線電動機(jī)§8-6超聲波電動機(jī)測速發(fā)電機(jī)是一種檢測元件，其功能是將旋轉(zhuǎn)機(jī)械的轉(zhuǎn)速信號轉(zhuǎn)換成電壓信號輸出，廣泛應(yīng)用于自動控制系統(tǒng)中作為轉(zhuǎn)速反饋元件。對測速發(fā)電機(jī)性能的主要要求是：輸出電壓信號與轉(zhuǎn)速之間有嚴(yán)格的正比關(guān)系，并在轉(zhuǎn)速一定時，輸出的電壓信號盡可能大，以達(dá)到高精度和高靈敏度的要求?！?-1測速發(fā)電機(jī)一、測速發(fā)電機(jī)的分類測速發(fā)電機(jī)可分為直流測速發(fā)電機(jī)和交流測速發(fā)電機(jī)兩大類，見表。由于需要換向，直流測速發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，價格比交流測速發(fā)電機(jī)高；交流測速發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)簡單、轉(zhuǎn)動慣量小、精度高。測速發(fā)電機(jī)的分類二、直流測速發(fā)電機(jī)1.?直流測速發(fā)電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)直流測速發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)與普通直流發(fā)電機(jī)相同，由鐵芯、繞組、換向器等組成，一般多為兩極。永磁式直流測速發(fā)電機(jī)的主磁極采用永久磁鐵，使用時不需要另加勵磁電源，因此應(yīng)用較為廣泛；電磁式直流測速發(fā)電機(jī)的勵磁繞組是他勵式，電樞部分則完全與普通直流發(fā)電機(jī)相同。如圖所示為永磁式直流測速發(fā)電機(jī)的圖形符號。永磁式直流測速發(fā)電機(jī)的圖形符號2.?直流測速發(fā)電機(jī)的工作原理電磁式直流測速發(fā)電機(jī)的勵磁繞組通入勵磁電流后，在氣隙中產(chǎn)生主磁場，直流測速發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)軸與被測機(jī)構(gòu)通過聯(lián)軸器接在一起，若被測機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)速為n，則直流測速發(fā)電機(jī)電樞繞組切割主磁場的磁力線，產(chǎn)生的交變感應(yīng)電動勢通過電刷與換向器轉(zhuǎn)變成直流電動勢輸出，其大小為：三、交流測速發(fā)電機(jī)1.?交流測速發(fā)電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)交流測速發(fā)電機(jī)由定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成。交流測速發(fā)電機(jī)原理空心杯形轉(zhuǎn)子交流測速發(fā)電機(jī)的基1—外定子2—內(nèi)定子3—定子繞組4—空心杯形轉(zhuǎn)子5—轉(zhuǎn)軸支架2.?交流測速發(fā)電機(jī)的工作原理如圖所示為交流測速發(fā)電機(jī)的工作原理示意。交流測速發(fā)電機(jī)的工作原理示意a）轉(zhuǎn)子靜止時b）轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時四、測速發(fā)電機(jī)的工作特性測速發(fā)電機(jī)的工作特性主要是指輸出特性，見表。測速發(fā)電機(jī)的工作特性測速發(fā)電機(jī)的工作特性五、測速發(fā)電機(jī)的應(yīng)用1.?主要用途測速發(fā)電機(jī)主要應(yīng)用于速度伺服、位置伺服和計算解答這三類控制系統(tǒng)，具有測速、阻尼和計算等功能。在恒速控制系統(tǒng)中，測速發(fā)電機(jī)作為速度檢測元件，構(gòu)成速度反饋環(huán)，以保證速度恒定，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性和精度。在雷達(dá)天線控制系統(tǒng)中，當(dāng)雷達(dá)天線跟蹤飛機(jī)轉(zhuǎn)過一個角度時，由于采用了測速發(fā)電機(jī)在系統(tǒng)中構(gòu)成的阻尼環(huán)節(jié)，可以消除機(jī)械系統(tǒng)慣性引起的機(jī)械振蕩，使雷達(dá)天線準(zhǔn)確停止在某一個角度。在計算裝置中，測速發(fā)電機(jī)可以作為微分元件和積分元件。按測速發(fā)電機(jī)的用途不同，對其性能有不同要求。（1）作為測速元件時，要求有較高的靈敏度和線性度，且反應(yīng)要快。（2）作為計算元件時，要求有較高的線性度、較小的溫度誤差和剩余電壓，對靈敏度則要求不高。（3）作為阻尼元件時，要求有較高的靈敏度，對線性度要求不高。2.?常用測速發(fā)電機(jī)的特性常用測速發(fā)電機(jī)的特性見表。常用測速發(fā)電機(jī)的特性常用測速發(fā)電機(jī)的特性在自動控制系統(tǒng)中，伺服電動機(jī)常用作執(zhí)行元件，它具有服從控制信號的要求而動作的職能。在控制信號到來之前，轉(zhuǎn)子靜止不動；當(dāng)控制信號到來后，轉(zhuǎn)子立即轉(zhuǎn)動；當(dāng)控制信號消失后，轉(zhuǎn)子又能迅速自行停轉(zhuǎn)。所以伺服電動機(jī)的任務(wù)是把接收到的電信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡妱訖C(jī)的一定轉(zhuǎn)速或機(jī)械角位移。常用的伺服電動機(jī)有交流伺服電動機(jī)和直流伺服電動機(jī)兩大類。§8-2伺服電動機(jī)一、交流伺服電動機(jī)1.?交流伺服電動機(jī)的結(jié)構(gòu)常用交流伺服電動機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)有籠形和空心杯形兩種。籠形轉(zhuǎn)子與一般異步電動機(jī)的鼠籠式轉(zhuǎn)子相似，但形狀上有較大區(qū)別，其細(xì)而長，轉(zhuǎn)動慣量小，以滿足反應(yīng)靈敏的要求。在反應(yīng)靈敏度要求更高的場合，常采用非磁性導(dǎo)電金屬做成的薄壁杯形轉(zhuǎn)子，其底盤固定在轉(zhuǎn)軸上，杯的內(nèi)外由內(nèi)、外定子構(gòu)成磁路。交流伺服電動機(jī)a）原理圖b）實物圖2.?交流伺服電動機(jī)的工作原理交流伺服電動機(jī)的原理圖如圖a所示。如果只有勵磁繞組接到交流電源上，沒有在控制繞組上施加控制信號，氣隙磁場為脈動磁場，交流伺服電動機(jī)不能產(chǎn)生啟動轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)子保持靜止?fàn)顟B(tài)不動。3.?交流伺服電動機(jī)的運(yùn)行特點交流伺服電動機(jī)定子部分和單相異步電動機(jī)完全一樣。單相異步電動機(jī)啟動運(yùn)行時，其啟動繞組斷開后，電動機(jī)仍可以正常運(yùn)轉(zhuǎn)。同樣，交流伺服電動機(jī)在正常轉(zhuǎn)動后，如果除去控制信號電壓，在僅有交流勵磁電壓作用的情況下，此時交流伺服電動機(jī)成為單相異步電動機(jī)且能繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，此種情況稱為“自轉(zhuǎn)”現(xiàn)象?！白赞D(zhuǎn)”現(xiàn)象不符合可控性的要求，在自動控制系統(tǒng)中，不允許產(chǎn)生這種失去控制的現(xiàn)象。4.?交流伺服電動機(jī)的控制方法交流伺服電動機(jī)的控制方法有以下三種：（1）幅值控制法（2）相位控制法（3）幅相控制法二、直流伺服電動機(jī)1.?直流伺服電動機(jī)的結(jié)構(gòu)直流伺服電動機(jī)的結(jié)構(gòu)與普通小型直流電動機(jī)基本相似，主要由主磁極、電樞、換向器、電刷裝置以及機(jī)殼等構(gòu)成，是容量和體積都很小的微型直流電動機(jī)。2.?直流伺服電動機(jī)的工作原理直流伺服電動機(jī)的工作原理也與他勵直流電動機(jī)相同。當(dāng)磁極有磁通、電樞繞組中有電流流過時，電樞電流與磁通相互作用而產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，伺服電動機(jī)就開始旋轉(zhuǎn)。三、伺服電動機(jī)的應(yīng)用伺服電動機(jī)是自動控制系統(tǒng)和計算裝置中廣泛應(yīng)用的一種執(zhí)行元件。常用伺服電動機(jī)的特性見表。常用伺服電動機(jī)的特性常用伺服電動機(jī)的特性步進(jìn)電動機(jī)又稱脈沖電動機(jī)，是數(shù)字控制系統(tǒng)中一種重要的執(zhí)行元件，它是將電脈沖信號變換成轉(zhuǎn)角或轉(zhuǎn)速的執(zhí)行電動機(jī)，其角位移量與輸入電脈沖數(shù)成正比，其轉(zhuǎn)速與電脈沖的頻率成正比。在負(fù)載能力范圍內(nèi)，這些關(guān)系將不受電源電壓、負(fù)載、環(huán)境、溫度等因素的影響，在很寬的范圍內(nèi)實現(xiàn)調(diào)速、快速啟動、制動和反轉(zhuǎn)，有些步進(jìn)電動機(jī)在停止供電的情況下能保持一定的定位轉(zhuǎn)矩，具有自鎖能力。常見步進(jìn)電動機(jī)如圖所示?！?-3步進(jìn)電動機(jī)常見步進(jìn)電動機(jī)一、步進(jìn)電動機(jī)的種類和結(jié)構(gòu)特點步進(jìn)電動機(jī)的種類很多，主要有反應(yīng)式、永磁式、混合式三種，其結(jié)構(gòu)和特點見表。近年來又發(fā)展出直線步進(jìn)電動機(jī)、平面步進(jìn)電動機(jī)等新型步進(jìn)電動機(jī)。常見步進(jìn)電動機(jī)的結(jié)構(gòu)和特點常見步進(jìn)電動機(jī)的結(jié)構(gòu)和特點二、反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)的工作原理如圖所示為三相反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)的原理示意。三相反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)的原理示意a）A相繞組通電b）B相繞組通電c）C相繞組通電三、步進(jìn)電動機(jī)的應(yīng)用步進(jìn)電動機(jī)作為控制元件或驅(qū)動元件來使用，通常同驅(qū)動器組合，來實現(xiàn)所要求的功能。步進(jìn)電動機(jī)系統(tǒng)的性能除取決于電動機(jī)本體的特性外，還受到驅(qū)動器的影響。在實際應(yīng)用場合，步進(jìn)電動機(jī)系統(tǒng)由電動機(jī)、驅(qū)動器以及推動負(fù)載用的機(jī)械驅(qū)動機(jī)構(gòu)所構(gòu)成。通常，在選定步進(jìn)電動機(jī)時需要考慮的綜合因素很多，一般可以著重考慮以下幾個方面：1.電動機(jī)的體積和質(zhì)量。2.電動機(jī)的功率、控制電壓和驅(qū)動電流。3.步距角。4.環(huán)境溫度、濕度等。5.根據(jù)加速轉(zhuǎn)矩和負(fù)載轉(zhuǎn)矩確定步進(jìn)電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩。電機(jī)要實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換，必須要有磁場存在。普通電機(jī)采用勵磁繞組接電源，通過勵磁電流后產(chǎn)生工作磁場，而永磁電機(jī)則利用永磁材料產(chǎn)生電機(jī)的工作磁場。在永磁材料的磁場中，永磁電機(jī)通過電磁原理實現(xiàn)機(jī)電能量和電機(jī)信號的轉(zhuǎn)換。與具有勵磁繞組的傳統(tǒng)電機(jī)相比較，永磁電機(jī)的結(jié)構(gòu)簡單、體積小、質(zhì)量輕、運(yùn)行可靠和效率高，應(yīng)用范圍涉及國防、航天技術(shù)、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活的各個領(lǐng)域，是很好的節(jié)能電機(jī)?！?-4永磁電機(jī)一、永磁電機(jī)概述1.?永磁電機(jī)的分類永磁電機(jī)種類繁多，按電機(jī)功能可分為永磁發(fā)電機(jī)和永磁電動機(jī)兩大類。其中永磁電動機(jī)可分為永磁直流電動機(jī)和永磁同步電動機(jī)等。永磁直流電動機(jī)按有無電刷和換向器，又可分為永磁有刷直流電動機(jī)和永磁無刷直流電動機(jī)等。2.?永磁體的充磁和穩(wěn)磁（1）永磁體的種類和結(jié)構(gòu)典型永磁體的結(jié)構(gòu)a）環(huán)形鋁鎳鈷磁鋼b）帶磁極弧鋁鎳鈷磁鋼c）瓦形鐵氧體磁鋼d）環(huán)形鐵氧體磁鋼e）多極薄片形稀土磁鋼f）永磁直流電機(jī)外形1—磁鋼2—電樞3—磁極4—機(jī)殼（2）磁鋼的充磁方法磁鋼充磁后才能成為磁源。磁鋼的去磁曲線、電機(jī)氣隙磁密度大小和波形等與磁鋼充磁密切相關(guān)。充磁質(zhì)量對電機(jī)性能影響很大。三類永磁材料磁鋼的充磁方法與特性見表。（3）磁鋼的穩(wěn)磁處理環(huán)境因素（如溫度變化、沖擊振動等）對磁鋼本身性能的影響和電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)（如瞬時堵轉(zhuǎn)和突然正、反轉(zhuǎn)等）引起磁鋼工作點的變化，都會使電機(jī)性能發(fā)生變化。為此，應(yīng)對磁鋼進(jìn)行針對性的穩(wěn)定性處理，即穩(wěn)磁處理。三類永磁材料磁鋼的充磁方法和特性二、永磁同步電動機(jī)由于永磁同步電動機(jī)具有體積小、質(zhì)量輕和高效節(jié)能等優(yōu)點，加上其運(yùn)行特性和控制技術(shù)日趨成熟，在日常生活中應(yīng)用越來越廣。1.?永磁同步電動機(jī)的基本結(jié)構(gòu)永磁同步電動機(jī)分為定子和轉(zhuǎn)子兩部分，定子部分與三相同步電動機(jī)定子結(jié)構(gòu)基本一樣，由定子鐵芯、定子繞組和機(jī)座組成。2.?永磁同步電動機(jī)的工作原理當(dāng)永磁同步電動機(jī)定子繞組接三相交流電源，接入對稱三相交流電流后，在氣隙中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子鐵芯中鼠籠式啟動繞組切割旋轉(zhuǎn)磁場的磁力線，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流。旋轉(zhuǎn)磁場與鼠籠式啟動繞組中電流互相作用，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動起來，當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速上升到接近同步轉(zhuǎn)速時，旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子上永久磁鋼相互吸引，把轉(zhuǎn)子拉入同步運(yùn)行，轉(zhuǎn)子也以同步轉(zhuǎn)速帶動負(fù)載旋轉(zhuǎn)。永磁同步電動機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)形式a）、b）星形結(jié)構(gòu)c）、d）并聯(lián)磁路結(jié)構(gòu)e）分段結(jié)構(gòu)三、永磁直流無刷電動機(jī)采用鐵氧體材料作為永磁體的永磁直流無刷電動機(jī)性價比高，廣泛應(yīng)用于家用電器、汽車、玩具和電動工具等領(lǐng)域。采用稀土永磁材料作為永磁體的永磁直流無刷電動機(jī)體積小且性能更好，主要應(yīng)用于航天、計算機(jī)和井下儀器等方面。在打印機(jī)、傳真機(jī)和復(fù)印機(jī)等信息技術(shù)中所使用的各種設(shè)備的驅(qū)動電動機(jī)，其絕大多數(shù)也是永磁直流無刷電動機(jī)。1.?永磁直流無刷電動機(jī)的基本結(jié)構(gòu)（1）本體（2）轉(zhuǎn)子位置傳感器（3）驅(qū)動電路2.?永磁直流無刷電動機(jī)的工作原理永磁直流無刷電動機(jī)的工作原理框圖如圖所示。永磁直流無刷電動機(jī)的工作原理框圖直線電動機(jī)是利用電能直接產(chǎn)生直線運(yùn)動的電動機(jī)。直線電動機(jī)的種類繁多，按結(jié)構(gòu)可分為扁平形、圓盤形和圓筒形等，按工作原理可分為交流直線感應(yīng)電動機(jī)、交流直線同步電動機(jī)、直線直流電動機(jī)、直線步進(jìn)（脈沖）電動機(jī)和混合式直線電動機(jī)等?！?-5直線電動機(jī)一、直線電動機(jī)的基本結(jié)構(gòu)1.?扁平形直線電動機(jī)的結(jié)構(gòu)扁平形直線電動機(jī)是一種扁平的矩形結(jié)構(gòu)。從三相異步電動機(jī)到直線電動機(jī)的演變2.?圓盤形直線電動機(jī)的結(jié)構(gòu)圓盤形直線電動機(jī)是把次級做成一片圓盤，其材料可以是銅或鋁，圓盤固定在轉(zhuǎn)軸上。將初級放在次級圓盤靠近外緣的平面上，可以分布在圓盤兩面，也可以是在圓盤某一面。圓盤形直線電動機(jī)的結(jié)構(gòu)示意如圖所示。圓盤形直線電動機(jī)的結(jié)構(gòu)示意3.?圓筒形直線電動機(jī)的結(jié)構(gòu)圓筒形直線電動機(jī)的外形是圓柱形，其演變過程如圖所示。圓筒形直線電動機(jī)的結(jié)構(gòu)示意a）旋轉(zhuǎn)感應(yīng)電動機(jī)b）扁平形直線電動機(jī)c）圓筒形直線電動機(jī)二、扁平形直線電動機(jī)的工作原理在結(jié)構(gòu)上，扁平形直線電動機(jī)是從旋轉(zhuǎn)電機(jī)演變而來的，其工作原理也與旋轉(zhuǎn)電機(jī)相似。行波磁場的移動速度與旋轉(zhuǎn)磁場在定子內(nèi)圓表面上的線速度v1是一樣的，如圖所示。扁平形直線電動機(jī)的工作原理三、直線電動機(jī)傳動的特點及應(yīng)用1.?直線電動機(jī)傳動的特點（1）省去了把旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動的中間轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，節(jié)約了成本，縮小了體積。（2）不存在中間傳動機(jī)構(gòu)的慣量和阻力的影響，直線電動機(jī)直接傳動的反應(yīng)速度快，靈敏度高，隨動性好，準(zhǔn)確度高。（3）直線電動機(jī)容易密封，不怕污染，適應(yīng)性強(qiáng)，可在有毒氣體、核輻射和液態(tài)物質(zhì)中使用。（4）直線電動機(jī)散熱條件好，溫升低，因此，線負(fù)荷和電流密度可以取得較高，以提高電動機(jī)的容量定額。（5）裝配靈活性大，往往可以將電動機(jī)與其他機(jī)件合成一體。（6）某些特殊結(jié)構(gòu)的直線電動機(jī)也存在一些缺點，如大氣隙導(dǎo)致功率因數(shù)和效率降低，存在單邊磁拉力等。2.?直線電動機(jī)的應(yīng)用直線電動機(jī)在工業(yè)自動化、機(jī)械制造、交通運(yùn)輸、軍事、醫(yī)療、家電和生活設(shè)施等方面應(yīng)用越來越廣泛。在交通運(yùn)輸業(yè)中，直線電動機(jī)被應(yīng)用到磁懸浮列車中。在工業(yè)領(lǐng)域中，直線電動機(jī)被應(yīng)用到生產(chǎn)輸送線、精密的儀器設(shè)備以及各種橫向或垂直運(yùn)動的一些機(jī)械設(shè)備中，如計算機(jī)的磁頭驅(qū)動裝置、照相機(jī)的快門、自動繪圖儀、醫(yī)療儀器、航天航空儀器等。除此之外，直線電動機(jī)還被應(yīng)用到日常生活中，如利用直線電動機(jī)來驅(qū)動的電動門。超聲波電動機(jī)是一種驅(qū)動裝置，與工作原理基于電磁感應(yīng)定律和左手定則的傳統(tǒng)電動機(jī)不同，它是非電磁性電動機(jī)。超聲波電動機(jī)利用壓電材料的逆壓電效應(yīng)，在超聲頻率電脈沖的激勵下，壓電晶體產(chǎn)生超聲頻率振動，通過電動機(jī)定子與轉(zhuǎn)子之間的摩擦傳動產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，實現(xiàn)電能與機(jī)械能的轉(zhuǎn)換。由于激勵的電脈沖頻率大于20kHz，超過了聲波頻率，所以稱為超聲波電動機(jī)?！?-6超聲波電動機(jī)一、超聲波電動機(jī)的基本結(jié)構(gòu)超聲波電動機(jī)由壓電晶體、金屬彈性體和轉(zhuǎn)子三個基本部分組成，還有轉(zhuǎn)軸、機(jī)殼、軸承等部件，如圖所示，壓電晶體和金屬彈性體黏結(jié)組合在一起，構(gòu)成壓電振子，作為電動機(jī)的定子。轉(zhuǎn)子由金屬和金屬表面涂覆的一層特殊耐摩擦材料構(gòu)成。利用壓力彈簧的壓力將定子和轉(zhuǎn)子壓緊在一起。超聲波電動機(jī)的基本結(jié)構(gòu)二、超聲波電動機(jī)的工作原理超聲波電動機(jī)的工作原理基于壓