微特電機 - 微型特種電機
微特電機，全稱微型特種電機，簡稱微電機，是指直徑小于160mm或額定功率小于750W或具有特殊性能、特殊用途的微特電機。微特電機常用于控制系統(tǒng)中，實現(xiàn)機電信號或能量的檢測、解算、放大、執(zhí)行或轉(zhuǎn)換等功能，或用于傳動機械負載，也可作為設(shè)備的交、直流電源。
種類
微特電機門類繁多，大體可分為直流電動機、交流電動機、自態(tài)角電機、步進電動機、旋轉(zhuǎn)變壓器、軸角編碼器、交直流兩用電動機、測速發(fā)電機、感應同步器、直線電機、壓電電動機、電機機組、其他特種電機等13大類。
結(jié)構(gòu)
電磁式
微特電機在結(jié)構(gòu)上大體可分為3類：
基本組成與普通電機相似，包括定子、轉(zhuǎn)子、電樞繞組、電刷等部件，但結(jié)構(gòu)格外緊湊。
組合式
常見的有兩種：上述各種微電機的組合；微電機與電子線路的組合。例如直流電動機與傳感器的組合，X方向與Y方向直線電動機的組合等。
非電磁式
外形結(jié)構(gòu)與電磁式一樣，如旋轉(zhuǎn)類產(chǎn)品作成圓柱形，直線類產(chǎn)品作成方形，但內(nèi)部結(jié)構(gòu)因其工作原理不同而差別很大。
參數(shù)性能
各類微特電機的性能差別很大，其性能參數(shù)難以統(tǒng)一闡明。
一般說來，用于驅(qū)動機械的側(cè)重于運行及起動時的力能指標；作電源用的要考慮輸出功率、波形和穩(wěn)定性；控制用微電機則偏重于靜態(tài)和動態(tài)的特性參數(shù)。
前兩類電機的特性參數(shù)與普通電機相似。
特性參數(shù)
工作特性
控制用微電機有其獨特的特性參數(shù)。
常用輸出量與輸入量，或一個輸出量與另一個輸出量之間的關(guān)系來表示。從控制要求來說，靜態(tài)特性曲線應連續(xù)、光滑，沒有突變；動態(tài)特性常用頻率曲線或響應曲線來表示。頻率曲線應平穩(wěn)，無突跳振蕩點；響應曲線應快速收斂。
靈敏度
對應于單位輸入信號的輸出量的大小。一般常用比力矩、比電動勢、放大系數(shù)等表示。
精度
一定輸入條件下，輸出信號的實際值與理論值的差值代表微電機的精度，常用誤差大小表示。
阻抗或電阻
在系統(tǒng)中，微電機的輸入、輸出阻抗應分別與相應電路匹配，保證系統(tǒng)的運行性能及精度。⑤可靠性。不僅是控制用微電機的特殊要求，驅(qū)動微電機和電源微電機也有此要求。常用使用壽命、失效率、可靠度和平均無故障時間等參數(shù)表征微電機的運行可靠性。
適用范圍
運動機械
無特殊控制要求的驅(qū)動場合作為運動機械負載的動力源；
音像設(shè)備
例如，在盒式錄像機中，微特電機既是磁鼓組件的關(guān)鍵元件，又是其主導軸驅(qū)動、收供帶和磁帶盒的自動裝載以及磁帶張力控制的重要元件。
自動化設(shè)備
辦公自動化設(shè)備、計算機外部設(shè)備和工業(yè)自動化設(shè)備。如磁盤驅(qū)動器、復印機、數(shù)控機床、機器人等都應用了微特電機。
自整角機
電感式角位移傳感元件，用作傳遞或檢測若干個機械上獨立的轉(zhuǎn)角，又稱自同步機。
自整角機和線繞式異步電機相似，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時繞組間的耦合程度發(fā)生變化，感生出信號或產(chǎn)生力矩。由于自整角機要求高精度、高可靠及動態(tài)特性好，因而必需選用優(yōu)質(zhì)材料，進行精密加工。
自整角機可分為力矩式、控制式和差動式三類。按功能又分為發(fā)送和接收兩種。自整角發(fā)送機輸出與輸入轉(zhuǎn)角對應的電信號，它既可是力矩式又可是控制式。自整角接收機接收電信號后，輸出相應的轉(zhuǎn)角或電信號。輸出轉(zhuǎn)角的稱為力矩式自整角接收機，組成力矩式同步系統(tǒng)；輸出電信號的稱為控制式自整角變壓器，組成控制式同步系統(tǒng) - 圖2。當要求完成兩個角度的和或差的傳遞和檢測時，則應采用差動式自整角機。
旋轉(zhuǎn)變壓器
和自整角機相似的元件，但只能輸出電信號。信號的幅值與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角成正弦、余弦、線性或特種函數(shù)關(guān)系。此外，還有電感式電位器和電感式移相器，前者的功能與普通電位器類似，后者輸出的幅值恒定，而相位與轉(zhuǎn)角成正比。
為了提高系統(tǒng)精度，往往將旋轉(zhuǎn)變壓器或自整角機組成粗精兩個 - 或多個通道的雙速（或多速）系統(tǒng)，有機械和電氣兩種型式。前者用兩對精度等級相同的電機分別組成粗精通道，其間用機械升速方法聯(lián)結(jié)；后者則分別采用兩對電機用電氣方法升速。粗機一般為二極式結(jié)構(gòu)，精機則是多極式。極對數(shù)越多，精度越高?，F(xiàn)代，最多的極對數(shù)為128，元件精度可達2角秒。感應同步器是特殊結(jié)構(gòu)的多極元件，極對數(shù)更多，精度更高，但輸出信號卻很小。
伺服電動機
在系統(tǒng)中作為執(zhí)行元件，又稱執(zhí)行電動機，分交流和直流兩類。
交流伺服電動機是一種特殊的二相異步電動機。定子上有正交的兩相繞組，一相接到激磁電源，另一相輸入控制信號。轉(zhuǎn)子有鼠籠式、非磁性空心杯或磁性杯等形式。一有控制信號作用，轉(zhuǎn)子立即轉(zhuǎn)動，其轉(zhuǎn)速正比于信號的大小。一旦信號除去，轉(zhuǎn)子立即停轉(zhuǎn)。
直流伺服電動機多半用永磁定子激磁，控制信號加在電樞上。電樞繞組除一般鐵芯繞組外，還有印制、空心杯、盤式等無鐵芯繞組和無槽電樞繞組，用以改善動態(tài)和靜態(tài)特性。此外，還可用電子電路取代機械換向器，構(gòu)成無刷直流電動機。
測速發(fā)電機
輸出與轉(zhuǎn)速成正比的器件，又稱速度傳感器，有交、直流兩種。直流測速發(fā)電機的結(jié)構(gòu)和直流伺服電動機相近，具有較高精度。交流測速發(fā)電機大多用空心杯轉(zhuǎn)子；定子為兩相，一相激磁，另一相輸出頻率不變的交流電壓。
多極形式的伺服電動機和測速發(fā)電機分別稱為力矩電動機和低速測速發(fā)電機。它們一般用來輸出低速大轉(zhuǎn)矩,直接帶動機械負載,并可在旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下長期工作。最大轉(zhuǎn)矩已高達1400千克米；最低轉(zhuǎn)速低到每天一轉(zhuǎn)以下，電機外徑達26米。
步進電動機
用脈沖信號控制轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的電動機，也稱脈沖電動機。常見的有反應式和永磁式兩種。圖3是三相反應式步進電動機及四相永磁式步進電動機的原理圖。每加一個控制脈沖信號，定子繞組的通電狀態(tài)改變一次（圖中繞組1通電改為繞組2通電），轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)過一個步矩角。反應式和永磁式兩者的運行性能不同，相對說來，后者的步矩角大，有定位轉(zhuǎn)矩，運行頻率低，阻尼性能好，功耗小等特點。感應子式步進電動機兼有反應式和永磁式的特點，即步矩角較小、運行頻率較高，有定位轉(zhuǎn)矩，阻尼性能好等。
步進電動機適用于數(shù)字控制系統(tǒng)，可以構(gòu)成簡單的開環(huán)系統(tǒng)，有較高的定位精度，而且結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、成本較低，因而應用很廣。它的缺點是起動轉(zhuǎn)矩較小，帶動慣性負載的能力較差。
直線電機
在許多場合下要求負載作直線運動，若仍用旋轉(zhuǎn)式電機,則傳動機構(gòu)復雜、性能差,因此需用直線電機直接帶動。直線電機在電子設(shè)備中用得很多。按其功能有電動機和傳感器兩類，而后者又分速度傳感器和位移傳感器兩種。
直線電動機按功能分有控制用和帶動機械用兩種。直線步進電動機和直線直流電動機應用較多。在結(jié)構(gòu)上它們相當于將旋轉(zhuǎn)電機沿電樞周圍展開成直線；用于磁盤驅(qū)動的音圈式直線電機的結(jié)構(gòu)則和揚聲器相似。通過定子和動子的電磁作用，沿直線方向產(chǎn)生推力，由此帶動機械或控制負載的運動。
兩個直線步進電動機合在一起便構(gòu)成平面步進電動機,可以得到二維運動。圖4為平面永磁式步進電動機中一個方向的電機示意圖。直線速度傳感器又稱直線測速發(fā)電機，用來檢測直線運動速度。通常，其動子用永磁體，輸出電信號的線圈置于定子上。
直線位移傳感器可以利用差動式變壓器原理實現(xiàn)信號的輸出，也可類似正、余弦旋轉(zhuǎn)變壓器，做成直線感應同步器。
具體應用
為了使用方便，往往將上述兩個或兩個以上的元件機械地組合成機組。一般有機械和電磁兩種組合形式。如伺服-測速機組、力矩-自整角機組等，是在同一機殼內(nèi)的公用轉(zhuǎn)軸上機械地組裝成一體；而電磁組合形式則是兩個電機共用同一個磁路的結(jié)構(gòu)。
參考書目
上海微電機研究所編著：《微特電機》，上?？茖W技術(shù)出版社，上海，1983。
S.A.DavisandB.K.Ledgerwood,ElectromechanicalComponentsforServomechanisms,McGraw-Hill,NewYork,1961.