帆纜作業

[拼音]：weite dianji

[英文]：small and special electrical machine

體積、容量較小，輸出功率大多在數百瓦以下的電機和用途、效能及環境條件要求特殊的電機。有時稱為機電元件。中國曾用過控制微電機、驅動微電機和電源微電機等名稱，現統稱微特電機，即微型特種電機。也可簡稱微電機。在控制系統中，常用微特電機來實現機電訊號或能量的檢測、解算、放大、執行或轉換等功能，或用以傳動機械負載，或作為裝置的交、直流電源。

簡史

微特電機起始於1879年，西門子和哈爾斯克在英國獲得第一個自整角電機專利。1914年，巴拿馬運河首先用自整角電機系統控制水閘。同年，美國開始生產1/20～1/200馬力D型直流電動機系列，開創微特電機的專業化生產，並在自動控制系統中得到應用。40年代前後，微特電機在自動控制系統和軍事裝備中推廣，先後形成自整角電機、旋轉變壓器、伺服電動機和測速發電機等門類的基本系列。1949年，美國國防部軍械局頒佈第一個自整角機技術條件。到60年代前後，一些典型微特電機的理論、設計和標準大致完善，機座號、外形尺寸、安裝方式和主要技術指標逐步統一。60年代起，又出現多種適應特殊要求和數字控制技術的高精度、高靈敏度和高可靠性新品種，如無刷直流電動機、步進電動機、力矩電動機、直線電機和多極角度感測器等。70年代起，一些不同於電磁感應原理的新型微特電機，如壓電電動機、霍耳電機、光電電機等，向實用化推進。80年代以來，微特電機又與電子技術及計算機技術結合，應用了專用積體電路、控制器、驅動器等硬體，由軟體支援，組成元件或系統，顯著擴充套件微特電機的範圍和功能，成為各種控制系統中十分重要的基礎元件。

分類

微特電機門類、品種繁多。可大體分為以下13大類。

（1）直流電動機：屬永磁式。按結構又可分為有刷與無刷兩類。

（2）交流電動機：包括同步機和非同步機兩類。同步機中有磁阻電動機、磁滯電動機、永磁同步電動機及同步感應電動機。非同步機中有伺服電動機、力矩電動機、三相非同步電動機、單相非同步電動機、以及分相非同步電動機、罩極非同步電動機等。

（3）自整角機：按結構分有刷與無刷；按執行特點可分為控制式、力矩式和差動式。

（4）步進電動機:包括反應式、永磁式和混合式(又稱永磁感應子式)3種。

（5）旋轉變壓器：分為單極式與多極式兩類。這兩類又都有電感式與磁阻式之分。

（6）軸角編碼器：可分為電機式、機械式、光電式和磁性式。

（7）交直流兩用電動機。

（8）測速發電機：有直流與交流兩種。

（9）感應同步器:有旋轉式與直線式兩種。

（10）直線電機:分為直線電動機和感測元件兩類。前者又分為交流、直流和步進3種;後者包括測速發電機與感應同步器。壓電電動機：分交流與直流兩種。電機機組：有電動機發電機、電動機編碼器、電動機變速器、電動機離合器。其他特種電機：分為發電機和變換器兩類。前者包括變流機與擴大機；後者分為數模與模數兩種。此外還有各類電機機組，如電動機編碼器、電動機變速器等。

結構

微特電機產品多種多樣，結構也各不相同，大體上可分為以下3類。

（1）電磁式：屬傳統式微電機。其基本組成與普通電機相似，也包括定子、轉子、電樞繞組、電刷等部件。但是，由於微的特點，其結構格外緊湊。以自整角機為例，它採用通孔式結構，即定子鐵心內孔與兩個軸承外圓（或定子護套內孔）的尺寸相等。這些內孔由一次加工成型，保證電機的精度。

（2）組合式：常見有2種。上述各種微電機的組合;微電機與電子線路組合等。例如直流電動機與感測器的組合，X方向與Y方向直線電動機的組合等。這類電機不僅使用方便，更重要的是組合產品綜合性能達最佳，提高了整機的效能。

（3）非電磁式：外形結構與電磁式一樣，如旋轉類產品作成圓柱形，直線類產品成方形。但是內部結構因其工作原理不同而差別很大。

主要效能引數

各類微特電機效能差別很大，難以統一闡明。一般說來，用作驅動機械的側重於執行和起動時的力能指標；作電源用的要考慮輸出功率、波形和穩定性；控制用微電機則偏重於靜態和動態的特性引數。前兩類電機的特性引數與普通電機相似。唯控制用微電機有其獨特的特性引數。

（1）工作特性: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係來表示。從控制要求來說，其靜態特性應呈線性曲線，曲線應連續、光滑，不應突變（圖a）;動態特性常用頻率曲線或響應曲線來表示。要求頻率曲線平穩，無突跳振盪點；響應曲線應快速收斂（圖b）。

（2）靈敏度：是對應於單位輸入訊號的輸出量大小。各類電機表示方法不一，常用比力矩、比電動勢、放大係數等等表示。一般要求它愈大愈好。而起動電壓、時間常數等引數愈小則靈敏度就愈高。

（3）精度:在一定輸入條件下，輸出訊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。例如，自整角變壓器的精度用電誤差和零位誤差代表，直流測速發電機的精度用電壓幅值誤差和剩壓來表徵。

（4）阻抗或電阻：在系統中，微電機的輸入和輸出阻抗應分別與相應電路相匹配，保證系統的執行效能和精度。所以，微電機的阻抗應有所規定，對其偏差要有所限制。

（5）可靠性：不僅是控制用微電機的特殊要求，驅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引數來反映微電機的執行可靠性。

特點和應用

微特電機特點很多，基本上可歸納為微、精、組合。

（1）微：體積、功率均特別小。尺寸最小的比黃豆還小，輸入功率小的可達微瓦級。

（2）精：體現在元件效能好，精度高。相應地，微特電機產品的生產技術要嚴格、精密。

（3）組合：微特電機是多種技術的組合。涉及電子、機械、自動控制和電子計算機等領域。

微特電機應用範圍廣，主要應用有以下3個領域。

（1）在無特殊控制要求的驅動場合作為運動機械負載的動力源。幾乎所有型別電動機均可適用。此類電機用量很大，佔微特電機總量的大半。

（2）應用於音像裝置。音像裝置的迅速興起與微電機發展密不可分。微特電機的技術進步促使音像裝置更新換代。以盒式錄影機為例，微特電機既是這種精密電子裝置的心臟部分──磁鼓元件的關鍵元件，又是其主導軸驅動、收供帶和磁帶盒的自動裝載以及磁帶張力控制的執行、檢測中重要元件。

（3）應用於辦公自動化裝置、計算機外部裝置和工業自動化裝置。由於微電機能滿足遠動系統的控制要求，因而廣泛地用於辦公自動化、計算機外部裝置、工業自動化等的磁碟驅動器、 數控繪圖機、 影印機、印表機、數控機床、機器人以及微細加工裝置的精密傳動定位等系統。

在上述應用中，微特電機逐步擺脫了普通電機的應用方式限制。例如，新型力矩電動機，它的輸出直接與機械負載相連，省去中間轉換機構，可使系統達到高速、精密傳動和準確定位。

微特電機原屬強電工程。隨著科學技術進步，它與電子學、電腦科學的聯絡越來越緊密，成為強電與弱電相互結合的領域。由此產生的非電磁原理微電機，多半是從弱電學科發展起來。例如，基於壓電效應的壓電電機，基於靜電作用的靜電電機，基於霍耳效應的霍耳電機，利用光電轉換實現的光電電機等。

發展趨勢

微特電機已發展成為一個獨特的電機門類。它將繼續完善其本身理論；開發和研製新品種；加強與高技術、新技術的緊密結合，擴充套件其功能；改進微特電機的生產技術，提高質量，降低成本。由此，使微電機元件得到更普遍的應用。 其主要發展趨向有以下3方面。

（1）採用專用積體電路、功能模組等組成驅動器、控制器，向組合化、片狀化和智慧化發展。功率場效應電晶體及其元件的應用，改進和擴大了微電機驅動器的功能。用元件系統能極大地改善和提高系統的控制功能，還使機電一體化系統做到體積小，成本低，可靠性高，方便使用，促使其推廣應用。

（2）開發和改進電磁式微電機。隨著材料科學、電子學、電腦科學的發展，促使微電機技術向高層次前進，如新型稀土材料的出現，產生盤式永磁步進電機，開發了新一代的步進電機。正在興起交流電動機的位置、速度控制，是微電子技術滲透到微電機理論中新成果，將使微電機的效能產生質的飛躍。

（3）開發和研製非電磁式微電機。傳統微電機雖有不少優點，但在使用中也暴露出不少問題，而壓電電機不需電機常用銅鐵主要材料，成本就低。壓電電機的低速大力矩的效能是傳統電機難以實現的。這將使在某些場合下用非電磁式微電機取代傳統微電機成為可能。

參考書目

上海微電機研究所編著：《微特電機》，上海科學技術出版社，上海，1983。

山田博著：《精密小形そ一タの基礎と應用》，総合電子出版社，日本，1981。