国内外特种电机的种类和使用

国内外特种电机的种类及使用

一、特种电机的概念：

电机作为驱动的主要动力源，广泛应用于工业、农业、国防、公共设施、家用电器等各个领域。特种电机指为了满足各类机械设备对其拖动电机性能要求的不同，而专门针对某一类型的机械设备特殊需要而单独设计、制造的特殊专用电机，国民经济的增长为特种电机行业的持续快速发展奠定了良好的基础。

二、特种电机的种类

特种电机主要分为：新型旋转电机、直线电机、非电磁类电机三类。

1、新型旋转电机

（1）永磁无刷电机：

无刷电机的定义：一切具有直流电机外部特性的，采用电子换相的电机统称为“无刷电机”。无刷电机的优点：1、无电刷、低干扰。无刷电机去除了电刷，最直接的变化就是没有了有刷电机运转时产生的电火花，这样就极大减少了电火花对遥控无线电设备的干扰。2、噪音低，运转顺畅。无刷电机没有了电刷，运转时摩擦力大大减小，运行顺畅，噪音会低许多，这个优点对于模型运行稳定性是一个巨大的支持3、寿命长，低维护成本。少了电刷，无刷电机的磨损主要是在轴承上了，从机械角度看，无刷电机几乎是一种免维护的电动机了，必要的时候，只需做一些除尘维护即可。

（2）新型开关磁阻电机：开关磁阻电机是一种新型调速电机，调速系统兼具直流、交流两类调速系统的优点，是继变频调速系统、无刷直流电动机调速系统的最新一代无极调速系统。它的结构简单坚固，调速范围宽，调速性能优异，且在整个调速范围内都具有较高效率，系统可靠性高。它具有两个基本特征：(l)开关性——电机必须工作在一个连续的开关模式，这也是为什么在各种新型功率半导体器件可以获得后这种电机才得以发展的主要原因。(2)磁阻性——定、转子具有可变磁阻回路，是真正的磁阻电机。

（3）磁悬浮电机：磁悬浮电动机是一种具有轴承支承功能的特殊电动机,它在运行时,不需要任何独立的轴承支承,因此具有无摩擦和磨损,无润滑油污染,寿命长等一系列优点。

（4）复式永磁电机：复式永磁同步电机将2个盘式电机的定子与外转子电机的定子构成一体，3个转子构成一个全封闭的筒形，将定子包围在其内部，它充分地利用了外转子式电机2个端面的空间。一般工况下该电机的输出功率不大，但输出转矩很大；因此，该结构电机以低速大转矩为主要特征，非常适合油田抽油等

要求运行速度较低、输出转矩很大的场合。

（5）滚切式电动机：滚切式电动机是一种低转动惯量、低转速的交流电动机，它是利用摆线式行星传动原理和气隙中旋转磁场所产生的磁拉力的巧妙组合而工作，无需齿轮减速就能获得低转速。

（6）谐波电动机：谐波电动机是利用旋转磁场所产生的磁拉力与机械谐振波齿轮传动相结合的原理工作的。

（7）光热电机：光热电机转子为铁镍合金制成的圆环，永磁体和红外光源固定隔光罩有一窗口以通过光线。

（8）微波电机与波导电机：环形天线接收的电磁波经二极管整流后，通过LC滤波器输至微波电动机的转子绕组，转子绕组中的电流与定子的马蹄形磁铁的磁场作用而产生旋转转矩，使转子带动天线一起旋转，直至天线与电磁波的发射方向平行，天线不再接受电磁波能量为止。如在转子旋转轴上安装几个不同角度的天线，电机就可以连续地旋转。

2、直线电机

直线电机是一种将电能直接转换成直线运动机械能，而不需要任何中间转换机构的传动装置。它可以看成是一台旋转电机按径向剖开，并展成平面而成。直线电机按其工作原理可分为两个大的方面，即直线电动机和直线驱动器，直线电动机包括交流直线感应电动机、交流直线同步电动机、直线直流电动机和直线步进（脉冲）电动机、混合式直线电动机等。直线驱动器包括直线振荡电动机、直线电磁螺线管电动机、直线电磁泵、直线超声波电动机等。

3、非电磁类电机

（1）超声波电机：与传统电机相比，它具有以下优点：低速大力矩输出；功率密度高；起停控制性好；可实现直接驱动；可实现精确定位；容易制成直线移动型马达；噪音小：无电磁干扰亦不受电磁干扰；需使用耐磨材料(接触型USM)和高频电源等。超声电机的两个显著特点是：（1）低速大力矩输出。（2）保持力矩大，宏观表现为起停控制性好。超声电机能大力矩输出是因为激振元件采用大功率密度的压电陶瓷材料。

（2）形状记忆合金驱动器：第一个特点是小型，重量轻。这是因为驱动器本身是一种单一合金，动作机构简单。例如，已研制出6mm长的形状记忆合金机械手，

也可用于能动内视镜。第二特点是动作柔性好。这是因为输入电流直接输出力，动作类似于身体肌肉。可用于要求位置精度高的工作机械和操作软物体的机器人。第三特点是不易受到周围环境（温度除外）的影响，即使在水中、海水中、化学物中也能直接使用。可以用于怕污染的半导体制造装置等。

（3）磁致伸缩驱动器：某些磁性体的外部一旦加上磁场则磁性体的外形尺寸会发生变化，利用这种现象制作的驱动器称为磁致伸缩驱动器。磁致伸缩材料的伸缩效应变大，机电耦合的系数高，响应速度快，输出力大等特点。

（4）静电驱动器：利用电荷间的库仑力作功。应用于除尘，静电类，电子照相等。主要特点是小、微功率，简单。

（5）光驱动器：利用光致伸缩、光吸收而产生磁化的材料。

（6）超导驱动器：采用铌合金材料，分为盘形转子、液态转子、圆柱形转子等结构。

三、特种电机的使用

电动机应用遍及信息处理、音响设备、汽车电气设备、国防、航空航天、工农业生产，日常生活的各个领域。下面为您揭晓目前电动机的七大应用领域：

1、电气伺服传动领域

在要求速度控制和位置控制(伺服)的场合，特种电机已在数控机床、工业电气自动化、自动生产线、工业机器人以及各种军、民用装备等领域获得了广泛应用。如交流伺服电机驱动系统应用在凹版印刷机中，以其高控制精度实现了极高的同步协调性，使这种印刷设备具有自动化程度高、套准精度高、承印范围大、生产成本低、节约能源、维修方便等优势。在工业缝纫机中，随着永磁交流伺服电动机控制系统、无刷直流电动机控制系统、混合式步进电动机控制系统的大量使用，使工业缝纫机向自动化、智能化、复合化、集成化、高效化、无油化、高速化、直接驱动化方向快速发展。

2、信息处理领域

信息技术和信息产业以微电子技术为核心，通信和网络为先导，计算机和软件为基础。信息产品和支撑信息时代的半导体制造设备、电子装置(包括信息输入、存储、处理、输出、传递等环节)以及通信设备(如硬盘驱动器、光盘驱动器、软盘驱动器、打印机、传真机、复印机、手机等)使用着大量各种各样的特种电机。信息产业在国内外都受到高度重视，并获得高速发展，信息领域配套的特种电机全世界年需求量约为15 亿台(套)，这类电机绝大部分是永磁直流电动机、无刷直流电动机、步进电动机、单相感应电动机、同步电动机、直线电动机等。3、交通运输领域

目前，在高级汽车中，为了控制燃料和改善乘车舒适感以及显示装置状态的需要，要使用40~50 台电动机，而豪华轿车上的电机可达80 多台，汽车电气设备

配套电机主要为永磁直流电动机、永磁步进电动机、无刷直流电动机等。作为21 世纪的绿色交通工具，电动汽车在各国受到普遍重视，电动车辆驱动用电机主要是大功率永磁无刷直流电动机、永磁同步电动机、开关磁阻电动机等，这类电机的发展趋势是高效率、高出力、智能化。国内电动自行车近年来发展迅猛，电动自行车主要使用线绕盘式永磁直流电动机和永磁无刷直流电动机驱动;此外，特种电机在机车驱动、舰船推进中也得到了广泛应用，如直线电动机用于磁悬浮列车、地铁列车的驱动。

4、家用电器领域

目前，工业化国家一般家庭中约使用50~100 台特种电机，电机主要品种为：永磁直流电动机、单相感应电动机、串励电动机、步进电动机、无刷直流电动机、交流伺服电动机等。为了满足用户越来越高的要求和适应信息时代发展的需要，实现家用电器产品节能化、舒适化、网络化、智能化，家用电器的更新换代周期很快，对配套的电机提出了高效率、低噪声、低振动、低价格、可调速和智能化的要求。家用电器行业用电机正进行着更新，以高效永磁无刷直流电动机为驱动的家用电器正代表着家用电器业发展的方向。如目前流行的高效节能变频空调和冰箱就采用永磁无刷直流电动机驱动其压缩机及风扇。洗衣机采用低噪声多极扁平永磁无刷直流电动机，可省去原有的机械减速器而直接驱动滚筒，实现无级调速，是目前洗衣机中的高档产品。吸尘器中采用永磁无刷直流电动机替代原用的单相串励电动机，具有体积小、效率高、噪声低、寿命长等优点。

5、消费电子领域

电唱机、录音机、VCD 视盘和DVD 视盘等影音设备以及高级智能玩具和娱乐健身设备配套电机主要为永磁直流电动机、印制绕组电动机、线绕盘式电动机、无刷直流电动机等。录像机、摄像机、数码照相机等电子消费品需要量大，产品更新换代快，这类产品所配电机属精密型，制造加工难度大，尤其是进入数字化后，对电机提出了更新、更高的要求。

6、国防领域

军用特种电机及组件产品门类繁多，规格各异，有近万个品种，其基本功能有：机械位置传感与指示，信号变换与计算，运动速度检测与反馈，运动装置驱动与定位，速度、加速度、位置精确伺服控制，计时标准及小功率电源等。基于其特殊性能、特殊功能和特殊工作环境的要求，大量吸收相关学科的最新技术成就，特别是新技术、新材料和新工艺的应用，催生了许多新结构、新原理电机，具有鲜明的微型化、数字化、多功能化、智能化、系统化和网络化特征。如传统鱼雷舵机均采用液压机械式驱动系统驱动舵面，为鱼雷提供三轴动力以控制航向、深度与横滚，实现所设计的鱼雷弹道;目前国内外新型鱼雷已经采用电舵机，早期电舵机多使用有刷直流伺服电动机，但有刷伺服电动机固有的缺点给电舵机系统的可靠运行带来了诸多问题。而应用体积小、质量轻、功率密度大、力能指标高并具有良好伺服性能和动态特性的稀土永磁无刷直流电动机则很好地满足了鱼雷电舵机系统的特殊使用要求。

7、特殊用途领域

一些特殊领域应用的各种飞行器、探测器、自动化装备、医疗设备等使用的电机多为特种电机或新型电机，包括从原理上、结构上和运行方式上都不同于一般电磁原理的电机，主要为低速同步电动机、谐波电动机、有限转角电动机、超声波

电动机、微波电动机、电容式电动机、静电电动机等。如将一种厚度为0.4 mm 的超薄型超声波电动机应用于微型直升机;将微型超声波电动机应用于手机的照相系统中等。