電機(jī)工程師不得不懂的那些事兒！

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電機(jī)普遍地存在于現(xiàn)代化的工業(yè)及生活中，它是將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的最主要設(shè)備。大到汽車(chē)、高鐵、飛機(jī)，小到打印機(jī)、硬盤(pán)和最常見(jiàn)的手機(jī)，都安裝了電機(jī)。

電機(jī)主要由永久磁鐵制成的定子和導(dǎo)電線(xiàn)圈組成的轉(zhuǎn)子構(gòu)成，當(dāng)電流流過(guò)線(xiàn)圈時(shí)產(chǎn)生磁場(chǎng)，定子和轉(zhuǎn)子利用磁性同性相排斥異性相吸的機(jī)制形成相對(duì)運(yùn)動(dòng)，于是實(shí)現(xiàn)了機(jī)械能的轉(zhuǎn)化。

電機(jī)的類(lèi)型眾多，按照通電電流的類(lèi)型不同可分為直流（DC）電機(jī)和交流（AC）電機(jī)，其中直流電機(jī)又可分為有刷電機(jī)、無(wú)刷電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)等類(lèi)型。

有刷電機(jī)

直流有刷電機(jī)是最常見(jiàn)的電機(jī)種類(lèi)，廣泛應(yīng)用于家電、汽車(chē)和工業(yè)設(shè)備中。它主要由定子、轉(zhuǎn)子、電刷和換向器組成。

當(dāng)在電刷兩端施加電壓時(shí)，電流通過(guò)換向器流向線(xiàn)圈，電刷與換向器的位置關(guān)系將改變電流流過(guò)線(xiàn)圈的方向，以此改變線(xiàn)圈的磁極方向。電機(jī)的轉(zhuǎn)速由施加在電刷的電壓電平控制，并隨著電壓的升高而提升，通常將由基于開(kāi)關(guān)的PWM（脈寬調(diào)制）信號(hào)來(lái)控制轉(zhuǎn)速。電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向由電刷上的電壓方向而決定，通過(guò)H橋電路控制實(shí)際電壓的方向。直流有刷電機(jī)的控制系統(tǒng)IC內(nèi)置了PWM電路和H橋電路和其他安全功能。

有刷電機(jī)易于控制，制造成本也較低，但是由于電刷的存在，電機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)電刷與轉(zhuǎn)向器摩擦?xí)a(chǎn)生電磁噪音，機(jī)械磨損也會(huì)限制電刷的使用壽命，需要定期維護(hù)或者更換。

無(wú)刷電機(jī)

和有刷電機(jī)不同的是，無(wú)刷電機(jī)將線(xiàn)圈電磁鐵用于定子，將永磁鐵用于轉(zhuǎn)子，并且在結(jié)構(gòu)上更加精簡(jiǎn)，它主要由定子、轉(zhuǎn)子和用于檢測(cè)轉(zhuǎn)子位置的霍爾傳感器組成。

控制電路通過(guò)控制線(xiàn)圈電流的方向并根據(jù)位置傳感器檢測(cè)到的轉(zhuǎn)子的位置來(lái)旋轉(zhuǎn)電機(jī)，轉(zhuǎn)子的位置決定了線(xiàn)圈電流方向并由霍爾傳感器輸出的信息顯示?；魻杺鞲衅鬏敵龅霓D(zhuǎn)子位置信息也將決定控制電路中的開(kāi)關(guān)閉合情況，實(shí)現(xiàn)控制反饋。電機(jī)的驅(qū)動(dòng)方式主要有方波驅(qū)動(dòng)和正弦波驅(qū)動(dòng)等方式。根據(jù)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)方式、電機(jī)類(lèi)型、尺寸以及內(nèi)置的安全功能的不同需要配置相對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)IC。

由于省去了電刷，無(wú)刷電機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)的能量損耗更少，轉(zhuǎn)換效率更高，具有噪音低和壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的速度控制，通常用于需要可靠性高和連續(xù)的工作應(yīng)用。但由于要施加額外的控制電路，也增加了設(shè)備的制造難度和成本。

步進(jìn)電機(jī)

一般電機(jī)都是連續(xù)旋轉(zhuǎn)，而步進(jìn)電機(jī)卻是一步一步轉(zhuǎn)動(dòng)的，即每接收一個(gè)脈沖信號(hào)，該電機(jī)便將其轉(zhuǎn)化成與之相對(duì)應(yīng)的或直線(xiàn)位移。步進(jìn)電機(jī)一般由前后端蓋、軸承、中心軸、轉(zhuǎn)子鐵芯、定子鐵芯、定子組件、波紋墊圈、螺釘?shù)炔糠謽?gòu)成。

步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)?span>角位移或線(xiàn)位移的開(kāi)環(huán)控制元步進(jìn)電機(jī)件，通過(guò)控制施加在電機(jī)線(xiàn)圈上的電脈沖順序、頻率和數(shù)量，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向、速度和旋轉(zhuǎn)角度的控制。配合以直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)或齒輪箱裝置，更可以實(shí)現(xiàn)更加復(fù)雜、精密的線(xiàn)性運(yùn)動(dòng)控制要求。步進(jìn)電機(jī)的角位移量與輸入的脈沖個(gè)數(shù)嚴(yán)格成正比，而且在時(shí)間上與脈沖同步。因而只要控制脈沖的數(shù)量、頻率和電機(jī)繞組的相序，即可獲得所需的轉(zhuǎn)角、速度和方向。

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