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發(fā)布時間：2023-10-31 10:51
幾乎所有移動設(shè)備都由機電系統(tǒng)提供動力。這些系統(tǒng)存在于大多數(shù)電機、電磁閥和機電一體化裝置中。從汽車車窗到電動座椅，從洗衣機到烘干機，我們?nèi)粘Ｉ钪惺褂玫脑S多產(chǎn)品都依賴于這些系統(tǒng)。下面介紹三種最常見的機電系統(tǒng)和設(shè)備及其工作原理。
電動機本質(zhì)上是一種電機，它在電氣系統(tǒng)的驅(qū)動下，通過一組齒輪和磁場將電能(電流)轉(zhuǎn)換為機械能(扭矩)。電氣系統(tǒng)可以從各種直流(DC)和交流(AC)電源中獲取電力，包括電池和整流器(直流電源)以及電網(wǎng)、逆變器和發(fā)電機(交流電源)。使用電動機的最常見產(chǎn)品是風(fēng)扇、攪拌機和電動窗。
當(dāng)然，電動機并不局限于家用。電動機與一些使全球化成為可能的事物有著內(nèi)在聯(lián)系。例如，電動機用于為一些最大的貨輪提供動力，這些貨輪從世界各地運輸貨物，供國內(nèi)消費。電動機還用于擠壓石油和天然氣，使其能夠安全地通過連接油井和煉油廠的長達數(shù)英里的管道--隨著世界人口和技術(shù)消費的增長，這種應(yīng)用正變得越來越重要，從而導(dǎo)致對能源的需求。
總之，電動機有多種類型和規(guī)格，其中主要有三類在較低電壓范圍(6-24V)內(nèi)工作。它們是：
1.1 直流有刷電動機
有刷直流電機是一種內(nèi)部換向的電機，設(shè)計用于在直流電源下運行。電機由幾個主要部件組成。永久磁鐵(也稱為定子磁鐵)位于電機外殼外，一側(cè)為正極，另一側(cè)為負極。與電機中心的電機軸相連的是幾個繞組(或電樞繞組)(繞組由一個或多個繞組組成，形成一個連續(xù)的線圈，電流通過線圈)，這些繞組又與金屬板相連。 繞組還與一對稱為換向器的金屬板相連。當(dāng)金屬電刷工作時，它們與換向器接觸;當(dāng)向金屬電刷施加直流電壓時，電流會傳輸?shù)綋Q向器，從而改變電樞繞組周圍的磁場，使線圈在永久磁鐵之間旋轉(zhuǎn)。有刷直流電機的轉(zhuǎn)速和扭矩可根據(jù)電源進行調(diào)節(jié)。有刷直流電機的優(yōu)點是購買成本相對較低，使用方便(只需連接直流電源)，低速時扭矩大，這在電機啟動時有負載的情況下非常有用。
有刷電機通常用于電力驅(qū)動、起重機、造紙機和煉鋼廠，但實際上它們隨處可見。你現(xiàn)在的手掌中可能就有一個，因為你的智能手機可能就有一個能產(chǎn)生觸覺反饋(振動)的小型有刷直流電機。當(dāng)電刷磨損需要更換時，帶有電力電子設(shè)備的無刷直流電機在許多應(yīng)用中取代了有刷直流電機。
不過，即使在某些應(yīng)用中被無刷直流電機取代，我們?nèi)詰?yīng)尊重有刷直流電機。有刷直流電機是最早提供商用機械能的產(chǎn)品，因此無疑對我們當(dāng)今世界的發(fā)展起到了重要作用。
1.2 無刷直流電機
與無刷直流電機一樣，顧名思義，無刷直流電機也是直流電機。它們由轉(zhuǎn)子上的永久磁鐵和固定的定子線圈(電磁鐵)組成。當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時，末端的一個或多個傳感器會向控制電路發(fā)送信號，從而串聯(lián)切換定子線圈。與有刷電機相比，無刷電機的優(yōu)點是使用壽命長(有刷電機中使用的電刷會隨著時間的推移而磨損，從而縮短電機的使用壽命)、功率重量比高、速度高和電子控制。由于無刷電機由計算機控制，因此精度更高。增加定子中電磁鐵的數(shù)量也可以提高無刷電機的精度。
計算機控制在很大程度上也提高了無刷電機的效率;直流無刷電機的工作效率約為 75-80%，而直流無刷電機的工作效率接近 85-90%。由于電機中沒有電刷，因此無刷電機更安靜，也不會產(chǎn)生危險的火花。無刷直流電機的缺點是需要初始投資，但電機的長使用壽命很快就能彌補這一缺點。無刷電機可用于計算機外圍設(shè)備(磁盤驅(qū)動器、打印機)、手動工具、工業(yè)機器人和車輛(從小型飛機到汽車)。
1.3 步進電機
與無刷直流電機不同，步進電機不需要傳感器。它們有一個中心帶有永久磁鐵的轉(zhuǎn)子，可在定子的固定繞組內(nèi)自由轉(zhuǎn)動。控制電路周期性地將電流注入繞組，產(chǎn)生磁場。當(dāng)磁鐵與線圈極性相同的一端被排斥，另一端被吸引時，磁鐵就會旋轉(zhuǎn)并啟動電機。在更細的層面上，內(nèi)部磁鐵被分為幾個部分，就像鐘表齒輪上的齒一樣。這些 "齒 "穿過環(huán)繞磁鐵的外線圈。
螺線管是一種電磁鐵，當(dāng)電流流經(jīng)導(dǎo)線時會產(chǎn)生受控磁場，從而產(chǎn)生線性運動。它也可以不用作電磁鐵，而是用作減緩電流變化的電感器。螺線管由纏繞在柱塞上的蘑菇狀線圈組成，柱塞通常由鐵制成。由于螺線管使用電磁鐵，可以通過計算機程序或中斷電流來開關(guān)，因此作為開關(guān)或閥門特別有用，經(jīng)常用于汽車鑰匙、門鈴和許多自動化工業(yè)系統(tǒng)等產(chǎn)品中。螺線管有多種類型，例如
機電式螺線管 - 由纏繞在移動鋼片或鐵片上的電磁感應(yīng)線圈組成，常見于電子墨水標(biāo)記器、彈球機、點陣打印機和噴油器中。
旋轉(zhuǎn)螺線管 - 通電時用于旋轉(zhuǎn)閂鎖機構(gòu)，20 世紀(jì) 50 年代首次應(yīng)用于使用旋轉(zhuǎn)觸發(fā)器自動化的機電控制裝置。
旋轉(zhuǎn)跟蹤線圈是螺線管的旋轉(zhuǎn)版本，常用于光盤驅(qū)動器等應(yīng)用中。
氣動電磁線圈是一種開關(guān)，旨在將空氣導(dǎo)入任何氣動設(shè)備，從而用相對較小的信號控制較大的設(shè)備。它也是電子控制器和氣動系統(tǒng)之間的接口。
液壓電磁閥 - 這是一種控制液壓流體流量的閥門，常見于洗衣機等家用電器中，用于控制滾筒中的水流和水量。
汽車啟動電磁閥是汽車點火系統(tǒng)的一部分，用于啟動發(fā)動機，從汽車蓄電池傳輸大電流，從點火開關(guān)傳輸小電流。
機電一體化是一個跨學(xué)科的工程領(lǐng)域，它將機械和電氣工程與計算機科學(xué)結(jié)合在一起，被普遍認為是未來先進自動化制造所必需的技能組合。在這些學(xué)科交叉領(lǐng)域工作的人員可能還對機器人、電子和電信有深入的了解，他們的任務(wù)是開發(fā)更簡單、更智能的系統(tǒng)。
典型的機電一體化系統(tǒng)接收來自環(huán)境的信號，對其進行處理并產(chǎn)生輸出信號，將其轉(zhuǎn)換為力、運動和動作。許多以前純粹的機械產(chǎn)品現(xiàn)在都依靠機電一體化系統(tǒng)來運行，包括防抱死制動系統(tǒng)等各種汽車系統(tǒng)，以及數(shù)碼單反相機等家用物品。這些系統(tǒng)是機電技術(shù)的未來。
機電工程師負責(zé)大型工業(yè)機器人、精密控制系統(tǒng)的設(shè)計和原型機的制造。機電一體化工程師的工作范圍與項目本身一樣廣泛;制造業(yè)當(dāng)然需要合格的機電一體化工程師，但航空航天、采礦、國防和運輸業(yè)也需要他們。
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