微特电机chap01_绪论

微特电机定义微特电机是一种小型电机，常用于各种电子设备和机械装置中。

它具有体积小、功率高、效率高、噪音低等特点，被广泛应用于家用电器、汽车、航空航天、医疗器械等领域。

微特电机的主要结构由定子、转子和电刷组成。

定子是电机的固定部分，由铁芯和线圈组成，线圈通电时会产生磁场。

转子是电机的转动部分，通电时会受到磁场的作用而转动。

电刷则是用来接通电流的装置，它与转子接触，使电流能够流经转子，从而产生转动力。

微特电机的工作原理是利用电磁感应和洛伦兹力的作用。

当电流通过定子线圈时，会产生磁场，磁场会使转子受到力的作用而转动。

转子转动时，电刷会不断地与转子接触，使电流能够持续地流经定子线圈，从而使电机保持转动。

微特电机具有多种类型，根据不同的应用需求可以选择不同类型的微特电机。

其中，直流微特电机是最常见的一种类型。

直流微特电机通常由永磁体和电刷组成，它的转速和转矩可以通过调整电流大小来控制，因此在许多需要精确控制转速和转矩的场合得到广泛应用。

除了直流微特电机，交流微特电机也是常见的一种类型。

交流微特电机通常由定子线圈和转子磁极组成，它的转速和转矩受到供电频率的影响，因此在一些需要固定转速的场合得到广泛应用，如钟表、电风扇等。

微特电机在现代生活中扮演着重要的角色。

它被广泛应用于家用电器中，如洗衣机、空调、冰箱等。

微特电机的使用使得家电产品更加智能化、高效节能。

同时，微特电机也被应用于汽车中，如电动车窗、电动座椅调节器等。

它的小型化和高效率使得汽车更加便利和舒适。

除了家电和汽车，微特电机还被广泛应用于航空航天领域。

在飞机上，微特电机被用于控制飞机的襟翼、缝翼等，使得飞机在起飞、降落等阶段具有更好的操纵性能。

在航天器上，微特电机则被用于控制太阳能电池板的角度，以获取最大的太阳能。

微特电机还在医疗器械中发挥着重要作用。

如血压计、心电图仪等医疗设备中常常使用微特电机来驱动仪器的转动部分，以实现精确的测量和检测。

微特电机是一种小型但功能强大的电机，它的高效率、低噪音和小体积使得它在各个领域得到广泛应用。

绪论微特电机（控制电机）行业发展和现状1. 微特电机(Small and Special Machines)微特电机一般有两个特点：（1）微型——直径小于160mm、输出功率大多小于750W；（2）特殊——结构形式、工作方式、用途、性能及环境条件要求特殊的电机）。

（3）在控制系统中，常用微特电机来实现信号检测、解算、放大和机电能量转换等功能。

特别说明：微特电机不完全是大中型电机沿结构空间尺寸和功率向下的自然延伸，而是电机和电机控制技术相互借鉴、相互渗透和集成融合的结果。

微特电机是综合了电机、微电子、电力电子、计算机、自动控制、精密机械和新材料等多门学科的高新技术行业。

现代微特电机应用领域很广，需求量巨大。

人们可以通过一个家庭拥有的微特电机数量来衡量一个国家发展水平。

比如，据不完全统计，西方发达国家每个家庭平均拥有50～100台微特电机，我国大城市居民平均家庭拥有量大约在10～30台左右，具有庞大的潜在市场。

2. 世界微特电机行业发展简史与现状（Brief Development History and Current State of the world Small and Special Machine Industry）（1）发展简史微特电机起始于1879年，西门子{注：西门子股份公司（SIEMENS AG FWB：SIE, NYSE：SI）是世界最大的机电类公司之一，1847年由维尔纳·冯·西门子建立。

如今，它的国际总部位于德国慕尼黑。

2005年，西门子全集团在190个国家和地区雇用员工460,800人，全球收入为754.45亿欧元}和哈尔斯克在英国获得第一个自整角电机专利。

1914年，巴拿马运河首先用自整角电机系统控制水闸。

同年，美国开始生产1/200～1/20马力直流电动机系列，开创微特电机的专业化生产，并在自动控制系统中得到应用。

上世纪40年代前后，微特电机在自动控制系统和军事装备中推广，先后形成自整角电机、旋转变压器、伺服电动机和测速发电机等门类的基本系列。

1.微特电机的分类：驱动用微特电机；控制用微特电机：伺服电动机、测速发电机、旋转变压器、自整角机、步进电动机；需要指出的是，有些电机既可作驱动用，也可作控制用，因此没有明显的分界；2.直流伺服电动机的控制方法：在电磁转矩不变的情况下，改变电枢电压U或励磁磁通φ，都可以控制电机的转速；两种方法为电枢控制、磁极控制；其中直流伺服电动机主要采用电枢控制方式；3.直流伺服电动机的机械特性：直流伺服电动机机械特性的斜率k与电枢电阻R成正比，电枢电阻R大，斜率k也大，机械特性就软；反之，电枢电阻R小，斜率k也小，机械特性就硬。

因此，其工作时，希望R的数值小。

4.直流伺服电动机的动态特性：指电枢电压发生突变时，电机转速从一种稳态转速变化到另一种稳态转速的过程，即n=f（t）或Ω=f（t）；机电时间常数的定义：当电机在空载情况下并加额定励磁电压，电枢绕组外施阶跃电压，转速从零上升到理想空载转速的63.2%所需的时间。

5.直流力矩电动机的结构特点：为了能在相同的体积和电枢电压下产生比较大的转矩和低的转速，一般做成扁平式结构，电枢长度与直径之比一般为0.2左右，结构上采用永磁式结构，并选取较多的极对数，同时为了减小转矩和转速的波动，选用较多的槽数、换向片数和串联导体数。

6.直流力矩电动机转矩大、转速低的原因：（证明）在转子体积、电枢电流、电流密度和气隙磁通密度相同的条件下，电枢直径增大一倍，电磁转矩也增大一倍，而理想空载转速减小一半。

因此，在其他条件相同的条件下，增大电动机的直径，减小去轴向长度，可以使其转矩大、转速低；7.交流异步伺服电动机的结构特点：分为定子和转子两大部分：定子铁心中安放着空间上互成90电角度的两相绕组，其中一相作为励磁绕组，运行时接至电压为U的交流电源上；另一相作为控制绕组，输入控制电压U，电压U与U 的频率相同；转子有三种结构方式：高电阻率导条的笼型转子、非磁性空心杯形转子和铁磁性空心转子；8.交流异步伺服电动机的“自转”现象：在电机作为电动机运行的转差率范围内，0<s<1,T1>T2,合成电磁转矩T=T1-T2>0，只要负载转矩小于最大电磁转矩T，电机转子将一直运转，并不会因为控制电压的消失而停转。

引言有刷直流测速发电机由于电刷和换向器的存在带来一些弊病:如可靠性差,使用环境受到限制；电刷与换向器的摩擦,增加了被测电机的粘滞转矩；电刷的接触压降造成了输出低速时的不灵敏区；电刷与换向器的间断接触或不良接触引起射频噪声,产生无线电干扰的高频纹波以及电刷压降引起输出电压的不稳定等。

以上缺点都是有刷直流测速发电机固有的,为此应大力开展对无刷直流测速发电机的研制。

无刷直流测速发电机从根本上取消了电刷与换向器这种接触装置,改善了测速发电机的性能,提高了运行的可靠性,是直流测速机的一个发展方向。

产品的无刷化已成为一种明显的发展趋势。

由于电子技术的发展, 研制具有与有刷直流测速发电机相同外特性的无刷直流测速发电机成为可能。

在最近十多年里, 有许多不同原理、结构、电路的无刷直流测速机方案, 发表各国专利文献之中。

它们基本上可分为两大类。

一类是测速机的输出直接与半导体磁敏元件(霍尔元件、磁敏电阻等)输出幅值或相位相关的，如霍尔无刷直流测速发电机。

另一大类是采用电子电路将交流发电机输出的交流电压进行整流, 换向或解调而获得直流输出的无刷直流测速发电机，如环形转子无刷直流测速发电机和电子换向无刷直流测速机。

本文主要介绍这三种测速发电机。

关键词：有刷缺点无刷直流测速发电机一、霍尔无刷直流测速发电机如图1所示，在一块半导体薄片的相对两侧通入控制电流I，在薄片的垂直方向加以磁场B，则在半导体薄片的另外两侧会产生一个电动势，这一现象叫做霍尔效应。

所产生的电动势叫霍尔电动势。

该半导体薄片称为霍尔元件。

对厚度为d的霍尔元件，霍尔电动势的计算式式中：HK为霍尔元件灵敏度；HR为霍尔系数。

图1 霍尔效应原理图当磁场方向和元件的平面法线方向N成θ角度时，如图中。

作用在元件上的有效磁通是其法线方向的分量，即为，则霍尔电动势，从上式可知，当控制电流或磁场方向改变时，霍尔电动势的方向也将随之改变。

但同时改变控制电流和磁场的方向，则霍尔电动势的方向不变。