微特电机介绍ppt课件.ppt

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1、微特电机,主要内容,磁力线分布微特电机概述伺服电机测速发电机步进电机自整角机旋转变压器无刷直流电机单相串励磁电机双凸极电机直线电机超声波电机,1.单块磁铁的磁力线分布,2.附近有铁磁性物体时单块磁铁的磁力线分布,3.两块磁铁不同极性面对的磁力线分布 4.两块磁铁相同极性面对的磁力线分布,5.两块磁铁不同极性并列时磁力线分布 6.两块磁铁相同极性并列时磁力线分布,8.附加铁壳的吸附磁铁的磁力线分布,7.附加铁壳的两块磁铁不同极性面对的磁力线分布,旋转定转子间磁场分布图,例题一：一个带有很窄缝隙的永磁环，已知其磁化强度为 ，方向如图，试求图中所标各点的 和,窄隙永磁环宛如一个面电流密度为 的螺绕环

2、，附加的磁场,分子电流观点介质表面的磁化电流,方向与 相同,因传导电流 为零,场点是否在磁介质内对于 是很重要的。,对于 窄隙可略,及边界条件,条形磁铁的简化计算,微特电机,微特电机通常指的是结构、性能、用途或原理等与常规电机不同，且体积和输出功率较小的微型电机和特种精带电机一般其外样不大于13mm，输出功率从数百毫瓦到数百瓦。现在有的特种lt机的功率已做到10kw，甚至更大。,微特电机应用,航空航天：卫星天线的展开和偏转，飞行器的姿态控制。现代军事装备：火炮自动瞄准、飞机军舰自动导航。潜艇 导航仪表 90台自动火炮 60台导弹 60台现代工业：机器人、机床信息与电子产业：计算机存储器、打印机

3、手机振动：空心杯式直流电机， 外径4mm，质量1.25.4g现代交通运输：汽车：普通汽车15台；高级轿车4050台；豪华轿车7080台现代农业：水位显示、水坝闸站、鱼群探测日常生活：医疗设备、录音录像、空调。,汽车中的微特电机,微特电机分类,微特电机分类,微特电机发展趋势,无刷化微型化机电一体化永磁化：智能化研制新原理、新结构电机,一、概述：,伺服电机 分类,直流伺服电机（DC Motor） 交流伺服电机（AC Motor）,控制电机,伺服电机是进给伺服系统中一个重要的组成环节，其性能决定了进给伺服系统的性能。,伺服电机及其调速,通电线圈产生的磁场与永久磁铁产生的磁场之间的相互作用产生了伺服电

4、机的转矩。,定子：磁场永磁体转子：电枢绕组换向：换向器与碳刷,直流伺服电机,为了得到连续的旋转方向,必须随着转子的转动角度不断改变电流方向,因此,必须有换向器与碳刷。,目前使用比较多的是永磁式直流伺服电机，也称为大惯量宽调速直流伺服电机。特点：调速范围宽，输出转矩大，过载能力强，而且电机转动惯量较大，应用较方便,优点：起动转矩大、体积小、重量轻、转矩和转速容易控制、效率高。,特点（Features）:,缺点：由于电刷和换向器的存在，其寿命、噪声等方面存在不足。,开发研制了无刷直流电机（brushless）,直流伺服电动机,一、结构和分类按结构，直流伺服电动机(DC Servo Motor)可分

5、为传统型和低惯量型两大类。(一) 传统型直流伺服电动机传统型直流伺服电动机的结构形式与普通直流电动机相同，只是它的容量和体积要小得它由定子和转子两部分组成。按励磁方式它又可以分为电磁式和永磁式两种。电磁式直流伺服电动机的定子铁心通常由硅钢片冲制叠压而成，励磁绕组直接统制在磁极铁心上。永磁式直流伺服电动机的定子上安装由永久磁钢制成的磁极。,直流伺服电动机,(二) 低惯量直流伺服电动机1、空心杯形转子交流伺服电动机,外定子可以由永久磁钢制成，也可以是通常的电磁式结构。内定子由软磁材料制成，以减小磁路的磁阻，仅作为主磁路的一部分。空心杯形转子上的电枢绕组，可以采用印制绕组，也可先绕成单个成型绕组，然

6、后将它们沿圆周的轴向排列成丰心杯形，再用环氧树脂固化。电枢绕组的端侧与换向器相连，由电刷引出。空心杯转子直接固定在转轴上，在内、外定子的气隙中旋转。,直流伺服电动机,(二) 低惯量直流伺服电动机2盘式电枢直流伺服电动机,直流伺服电动机,(二) 低惯量直流伺服电动机3. 无槽电枢直流伺服电动机,第三节 直流力矩电动机,直流力矩电动机就是为了满足低转速、大转矩负载要求而设计制造的电动机。它可以低速运行甚至长期堵转时产十足够大的转矩，不需要齿轮减速而直接带动负载。日前生产的直流力矩电机的输出转炬可达几千牛米，而转速可低至10r/min左右。它具有动态响应快，转短波动小，机械特性和调节特性线性度好，能

7、在低速下稳定运行等优点，特别适合于在位置伺服系统和低速伺服系统中作执行元件，也适用于在需要转炬调节、转矩反馈和一定张力的场合使用。,第三节 直流力矩电动机,结构特点,第三节 直流力矩电动机,结构特点直流力矩电动机的工作原理与普通自流伺服电动机相同，只是结构和外形尺寸比例有所不同。为减小转动惯量，一般的直流伺服电动机做成细长圆柱形。而直流力矩电动机，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。为了减小转矩和转速的被动，选用较多的槽数、换向片数和串联导体数。,交流伺服电机无刷电机,改变电

8、机的结构磁极作转子，线圈作定子；线圈中的电流方向可以使用电子方式换向在换向过程中，需要测量磁场磁力线与线圈的夹角 霍尔传感器可以测量转子的磁场,感应式电动机（Induction Motor） 同步式电动机（Synchronous Motor）-应用较多 无刷电机（Brushless Motor）,三种类型,永磁同步电动机逐渐成为交流伺服系统执行电动机的主流,三种交流伺服电机的结构,第四节 交流异步伺服电动机,结构特点交流异步伺服电动机的转子通常有三种结构型式：高电阻率导条的笼形转子、非磁性空心杯形转子和铁磁性空心转子。,第五节 交流同步伺服电动机,按转子结构的不同，同步伺服电动机又分为永滋式、

9、磁阻式和滋滞式三种。,一、永磁式同步电动机1 结构型式,第五节 交流同步伺服电动机,二、磁阻式同步电动机,第五节 交流同步伺服电动机,三、磁滞式同步电动机,这种外转子结构的磁滞电动机常用在陀螺、电唱机等装置中。,第五节 交流同步伺服电动机,三、磁滞式同步电动机,第五节 伺服电动机应用,交流电机调速种类很多，应用最多的是变频调速。变频调速的主要环节是能为交流电机提供变频电源的变频器。变频器的功用是，将频率固定（电网频率为50Hz）的交流电，变换成频率连续可调（0400Hz）的交流电。变频器可分为交-直-交变频器和交-交变频器两大类。交-直-交变频器是先将频率固定的交流电整流成直流电，再把直流电逆

10、变成频率可变的交流电。交-交变频器不经过中间环节，把频率固定的交流电直接变换成频率连续可调的交流电。因只需一次电能转换，效率高，工作可靠，但是频率的变化范围有限。交-直-交变频器，虽需两次电能的变换，但频率变化范围不受限制，目前应用得比较广泛。,交流伺服电机的变频调速,交流伺服数控系统的组成,测速发电机,测速发电机是一种转速测量传感器。在许多自动控制系统中，它被用来测量旋转装置的转速，向控制电路提供与转速大小成正比的信号电压。,测速发电机分为交流和直流两种类型。,(1)输出电压与转速保持良好的线性关系；(2)剩余电压(转速为零时的输出电压)要小；(3)输出电压的极性和祁位能反映被测对象的转向；

11、(4)温度变化对输出特性的影响小；(5)输出电压的斜率大，即转速变化所引起的输出电压的变化要大；(6)摩擦转矩和惯性要小： 此外，还要求它体积小、重量轻、结构简单、工作可靠、对无线电通信的干扰小、噪声小等。,性能要求,9.2.1 直流测速发电机,直流测速发电机分永磁式和他励式两种。两种电机的电枢相同，工作时电枢接负载电阻RL。但永磁式的定子使用永久磁铁产生磁场，因而没有励磁线圈；他励式的结构与直流伺服电机相同，工作时励磁绕组加直流电压U1励磁。,转子,定子,励磁绕组,输出绕组,异步式交流测速发电机的结构与杯形转子交流伺服电机相似，它的定子上有两个绕组，一个是励磁绕组，一个是输出绕组。,交流测速

12、发电机,交流测速发电机又分为同步式和异步式两种。,交流测速发电机：,同步电机,转子直流励磁 原动机拖动转子磁场以速度n0旋转 定子导体感生电动势,定子带负载则有电流流过 定子电流产生旋转磁场，速度为n0转子导体受电磁力，形成电磁转矩，和拖动转矩平衡,永磁式高灵敏度直流测速发电机,永磁式离灵敏度直流调速发电机的结构特点是直径大、袖向尺寸小、电枢元件数多，因而输出电压斜率大、低速精度高，其灵敏度比普通测速发电机高出一千多倍。它的换向器是用塑料或绝缘材料制志薄板基板，在其上面印刷很多换向片。换向器是固定在轴的端面上，故称之印制电路端面换向器。串联的元件数多，纹波电压较低。转速可很低，最低转速可低于每

13、天一转，输出电压约为几毫伏。特别适合于作为低速伺服系统中的检测。,永磁式高灵敏度直流测速发电机,(一)霍尔无刷直流测速发电机1霍尔元件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。,霍尔电动势可能是直流的，也可能是交流的。当磁场和控制电流都是直流时，霍尔电动势为直流电动势；若磁场和控制电流其中之一是交流的，霍尔电动势为交流电动势。,永磁式高灵敏度直流测速发电机,2霍尔无刷直流测速发电机的工作原理,永磁式高灵敏度直流测速发电机,电子转向式无刷直流测速发电机

14、,（一） 步进电机结构和工作原理,二、 步进电机,是一种将电脉冲信号转化为角位移的执行机构。,步进电机是按电磁吸引的原理进行工作的。,结构：主要由定子、转子和励磁绕组三部分组成。,定子上有六个磁极，每个磁极上绕有励磁绕组，每相对的两个磁极组成一相，分成A、B、C三相。定子和转子均由带齿的硅钢片叠成。,当定子绕组按顺序轮流通电时，A、B、C三对磁极就依次产生磁场，并每次对转子的某一对齿产生电磁引力，将其吸引过来，而使转子一步步转动。每当转子某一对齿的中心线与定子磁极中心线对齐时，磁阻最小，转矩为零。如果控制线路不停地按一定方向切换定子绕组各相电流，转子便按一定方向不停地转动。步进电机每次转过的角

15、度称为步距角。,永磁式（PM） 反应式（VR） 混合式（HB）,永磁式步进一般为两相，转矩和体积较小，步进角一般为7.5度 或15度；,混合式步进是指混合了永磁式和反应式的优点。它又分为两相和五相：两相步进角一般为1.8度而五相步进角一般为0.72度。这种步进电机的应用最为广泛。,（二）步进电机的类型,反应式步进一般为三相，可实现大转矩输出，步进角一般为1.5度，但噪声和振动都很大。在欧美等发达国家80年代已被淘汰；,三相 四相 五相 六相等,励磁相数,转子结构,应用最广泛,不需反馈控制，电路简单 易于微机联接 没有积累误差 停止时有自锁能力 维修方便 价廉,（三）特点(Features)：,

16、效率低 容易失步（脱调） 低频时易发生震荡,优点,缺点,3、步进电机的应用 步进电动机是用脉冲信号控制的，步距角和转速大小不受电压波动和负载变化的影响，也不受各种环境条件诸如温度、压力、振动、冲击等影响，而仅仅与脉冲频率成正比，通过改变脉冲频率的高低可以大范围地调节电机的转速，并能实现快速起动、制动、反转，而且有自锁的能力，不需要机械制动装置，不经减速器也可获得低速运行。它每转过一周的步数是固定的，只要不丢步，角位移误差不存在长期积累的情况，主要用于数字控制系统中，精度高，运行可靠。如采用位置检测和速度反馈，亦可实现闭环控制。步进电动机已广泛地应用于数字控制系统中，如数模转换装置、数控机床、计

17、算机外围设备、自动记录仪、钟表等之中，另外在工业自动化生产线、印刷设备等中亦有应用。,下面以反应式步进电机为例说明步进电机的结构和工作原理。,三相反应式步进电动机的原理结构图如下：,定子内圆周均匀分布着六个磁极，磁极上有励磁绕组，每两个相对的绕组组成一相。转子有四个齿。,定子,转子,1、工作原理 下图为一台三相六拍反应式步进电动机，定子上有三对磁极，每对磁极上绕有一相控制绕组，转子有四个分布均匀的齿，齿上没有绕组。,步进电机的三相单、双六拍运行方式,反应式步进电动机的结构,步进工作原理,1.三相单三拍,A相绕组通电，B、C相不通电。由于在磁场作用下，转子总是力图旋转到磁阻最小的位置，故在这种情

18、况下，转子必然转到左图所示位置：1、3齿与A、A极对齐。,同理，B相通电时，转子会转过30角，2、4齿和B、B 磁极轴线对齐；当C相通电时，转子再转过30角，1、3齿和C、C磁极轴线对齐。,这种工作方式下，三个绕组依次通电一次为一个循环周期，一个循环周期包括三个工作脉冲，所以称为三相单三拍工作方式。,按AB C A 的顺序给三相绕组轮流通电，转子便一步一步转动起来。每一拍转过30(步距角)，每个通电循环周期(3拍)转过90(一个齿距角)。,2. 三相六拍,按AAB B BC C CA的顺序给三相绕组轮流通电。这种方式可以获得更精确的控制特性。,A相通电，转子1、3齿与A、A 对齐。,A、B相同

19、时通电，A、A 磁极拉住1、3齿，B、B 磁极拉住2、4齿，转子转过15，到达左图所示位置。,B 相通电，转子2、4齿与B、B 对齐,又转过15。,B、C相同时通电，C 、C 磁极拉住1、3齿，B、B 磁极拉住2、4齿，转子再转过15。,三相反应式步进电动机的一个通电循环周期如下：AAB B BC C CA，每个循环周期分为六拍。每拍转子转过15（步距角），一个通电循环周期(6拍)转子转过90 (齿距角)。,与单三拍相比，六拍驱动方式的步进角更小，更适用于需要精确定位的控制系统中。,3. 三相双三拍,按AB BC CA的顺序给三相绕组轮流通电。每拍有两相绕组同时通电。,与单三拍方式相似，双三拍

20、驱动时每个通电循环周期也分为三拍。每拍转子转过30 (步距角)，一个通电循环周期(3拍)转子转过90(齿距角)。,反应式步进电动机的结构,步进工作原理,反应式步进电动机的结构,步进工作原理,反应式步进电动机的结构,按定转子铁心的段数分为单段式和多段式两种,单段步进电动机单段式是指定转子为一段铁心。由于各相绕组沿圆周方向均匀排列，所以又称为径向分相式。它是步进电动机中使用最多的一种结构形式。,反应式步进电动机的结构,按定转子铁心的段数分为单段式和多段式两种,2多段式 多段式是指定转子铁心沿电机抽向按相数分成m段：由于各相绕组沿着轴向分布，所以又称为轴向分相式。按其磁路的结构特点有两种，一种是主磁

21、路仍为径向，另一种是主磁路包含有轴向部分。,反应式步进电动机的结构,2多段式,永磁式步进电动机,定于为凸极式，装有两相(或多相)绕组。转子为凸极式星形磁钢，其校对数与定于每相绕组的极对数相同。图中定于为两相集中绕组(A、B)，每相为两对极，所以转子也是两对极，即P2。,永磁式步进电动机的特点是：步距角大，起动和运行频率较低；但它所需的控制功率较小，效率高，且在断电情况下具有定位转矩。主要用于新型自动化仪表。,混合式步进电动机,混合式步进电动机也称为感应子式步进电功机，这是一种十分流行的步进电动机。既有反应式步进电动机小步距角的特点，义有永磁式步进电动机的高效率、绕组电感比较小的特点。常常也作为

22、低速同步电动机运行。,混合式步进电动机,实际应用例子,Y3150E型滚齿机的数控改造-鼓形齿轮加工,洛阳起重机厂,步进电机,数控系统,自整角机,自整角机是一种感应式交流微特电机，它能实现转轴的转角与电信号之间的相互变换，在自动控制系统中实现角度的传输、变换和指示，如液面高度、电梯和矿井提升机高度的位置显示，两扇闸门的开度拧制轧钢机轧辊之间的距离与轧辊转速的控制，变压器分接开关的位置指示等。自整角机通常是两台或多台组合使用主令轴上装的是自整角发送机，从动袖上装的是自整角接收机一台自整角发送机可以带一台或多台自整角接收机工作。发送机与接收机在机械上互不相联，只有电路的连接。但是，当从动轴与主令轴转

23、角位置不同时，通过自整角接收机和发送机的电磁作用，可使从动袖的转角与主令轴相同，消除转角误差，即自动保持相同转角的变化或同步旋转。,自整角机,自整角机按其输出量不同，可分为力矩式自整角机和控制式自整角机两类。三相自整角机和单相自整角机两类。接触式自整角机和非接触式自整角机两类。多极式霍尔式直线式,自整角机,力矩式自整角机精度要求不高负载很轻(如仪表的指针)及精度要求不高的开环控制的随动系统控制式自整角机主要应用于自整角机和伺服机构组成的随动系统中.,自整角机,自整角机,自整角机,旋转变压器,垃转变压器或称问转变压器，是一种将转子转角变换成与之呈某一函数关系电信号的元件，是自动控制系统中一类精密

24、控制微电机，它既可以单机远行，也可以像自整角机那样成对或多机组合使用。当变压器的一次侧外施单相交流励磁电压时，其二次侧的输出电压与转子转角呈严格的园数关系。,在自动控制系统中，旋转变压器可以作为解算元件，主要用于坐标变换、三角运算等，也可作为传感元件，用于随动系统中远距离测量、传输或再现一个角度。此外，还可以用作移相器和角度一数字转换装置,永磁无刷直流电机,永磁无刷直流电机,永磁无刷直流电机,单相交流串励电动机,励磁绕组和电枢绕组串联而得名。这种电动机具有以下一些(1) 使用方便。改变输入电压大小，可以调节其转速，且调速十分方便。(2) 转速高、体积小、质量轻。(3) 起动转矩大、过载能力强。

25、单相串励电动机的起动转矩很大，可高达额定转矩的46倍，而其它单相交流电机大多在1倍以下以既适用于电动工具，不易被卡住、制动，有大的过载能力，也适宜于作带重负载起动用的伺服电动机。,双凸极电机,双凸极电机主要是指开关磁阻(SR)电机和双凸极永磁(DSPM)电机，由于它们在机械结构上十分相似，定子和转子均呈凸极形式，故将它们统称为双凸极电机。因为电机每相磁路的磁阻随转子位置而变，所以在一些文献小也称之为可变磁阻电机。SR电机与DSPM电机虽同为双凸板结构，但前者属于磁阻电机，后者则应归居于永磁电机。,双凸极电机,双凸极电机主要是指开关磁阻(SR)电机和双凸极永磁(DSPM)电机，由于它们在机械结构

26、上十分相似，定子和转子均呈凸极形式，故将它们统称为双凸极电机。因为电机每相磁路的磁阻随转子位置而变，所以在一些文献小也称之为可变磁阻电机。SR电机与DSPM电机虽同为双凸板结构，但前者属于磁阻电机，后者则应归居于永磁电机。,双凸极电机,开关磁阻(SR)电机,双凸极电机,开关磁阻(SR)电机,开关磁阻(SR)电机,在小功率家用电器(如吊扇)、轻工设备等应用中，电路简单、成本低的单相SR电机往往更有吸引力。图910所示为一外转子单相SR电机，环形绕组设子内定子的6个磁极槽内，通电后将形成径向一铀向组合磁路。当转子极接近定子极时接通电源，转子受力旋转，在定、转子极重合之前断开电源，转子靠惯性继续运动

27、，待转子极接近下一个定子极时再接通定子绕组，如此重复，电机可连续转动。为了解决自起动问题，可采取适当措施，如附加永磁体,使电机断电时转子能停在适当的位置，以保证下次通电起动时存在一定的转矩。,双凸极永磁(DSPM)电机,双凸极永磁(DSPM)电机,基本结构与阳电机相向，即定转子均为凸极结构；定子齿上装有集中式绕组，径向相对齿上的绕组申联构成一相；转子上既没有绕组，也没有永磁体，适合高速运行。与SR电机的不同之处在于，DSMP电机在定子铁心中放置了二块(或多块)高性能永久磁铁。为获得足够高的气隙磁通密度，一方面可选用磁能积大、去磁曲线线性度好的永磁材料；另一方面可适当增大水磁体的面积，故常特定子

28、铁心制成橄榄形或方形，这样虽然电机的实际体积和质量有所增加，但是，只要外凸部分不超出由定子圆周所界定的正方形(图921中虚线所示)，就不增加铁心材料的消耗和成本，而是利用了本该成为边角料的部分。如果定子槽空间在放置了电枢绕组后仍有富裕，也可将定子铁心设计成“内凸”结构以保持定子铁心为圆形，如图922所示,双凸极永磁(DSPM)电机,双凸极永磁(DSPM)电机,双凸极永磁(DSPM)电机,开关磁阻(SR)电机,双凸极永磁(DSPM)电机,直线电机,直线电动机出于不需要仟何中间转换机构就能产生直线运功，驱动直线运动的生广机械，所以使整个装置或系统结构简单、运行可靠、精度高、效率高等，因此是近年来国

29、内外积极研究开发的电动机之一。日前直线电动机的府用非常广泛，例如在交通运输方面的磁悬浮列车、磁浮船、公路高速车等；在物流输送力而的各种流水生产线；在工业上的冲压机、车床进刀机构等；在信息与自动化方向的绘图仪、打印机、扫描仪、复印机等；在自动控制系统中的驱动、指示和信号元件，如快速记录仪等。此外，在民用和军事方面也有许多应用，如民用自动门、电动缝纫机、制茶机、以及军用导弹、电磁炮、鱼雷等装置。,直线电机,直线电机,永磁直线电机,永磁直线电机,超声波电机电机,超声波电动机，是利用压电材料的逆压电效应为激励，使定子弹性体在超声频段产生微观机械振动(振动频率在20kHz以上)，并通过定子和转子(或动子)之间的摩擦作用，特定子的微观振动转换成转子(或动子)的宏观的单方向转动(或直线运动)。它打破了传统电机需由电磁效应获得转矩和转速的概念。,