【正文】 電動機原理最早的提出者是英國的科學(xué)家法拉第，他首先證明了電力可以轉(zhuǎn)變?yōu)樾D(zhuǎn)動力，而后據(jù)說是德國的雅克比最先將之付諸實踐，制造出了第一臺電動機。電動機最早先的樣子是在兩個 U型磁鐵中間安裝了一個六臂輪，并在每個臂上帶兩根棒型磁鐵，通電后磁鐵的吸引力和排斥力推動輪軸轉(zhuǎn)動。（如 圖①） 電動機在雅克比手上還有進一步的發(fā)展，他制造了一個大型的裝置為小艇提供動力，并在易北河上試航，雖然當(dāng)時的時速只達到了 ，但這不影響電動機實驗的成功。電動機的另一個發(fā)展者美國的達文波特，在幾乎相同的時間里，也成功的制造了電動的印刷機，只可惜這個型號的印刷機成本太大，幾乎沒有商業(yè)價值。 電動機被廣泛應(yīng)用的推動力來自直流電動機的問世，在 1870年時比利時的工程師格拉姆發(fā)明了這種實用機械，并把它大量制造出來，而后還不斷的對電動機的效率進行提高。電動機的另一個研究單位德國西門子也在努力研究，幾乎也是在格 拉姆成功的同一時間，西門子推出了電機車，這個不燒油的車在柏林工業(yè)展覽會上獲得一 片喝彩聲。交流電動機的發(fā)明是由美國發(fā)明家特斯拉完成的，最早的交流電動機根據(jù)電磁感應(yīng) 原理設(shè)計，結(jié)構(gòu)比起直流電動機更為簡單，同時也比起只能使用在電車上的直流電動機用途更廣泛，它的發(fā)明讓電動機真正進入了家庭電器領(lǐng)域。 交流電動機問世之后，同步電動機、串激電動機、交流換向器電動機（如圖②）等也逐步被人們發(fā)明出來，并投入實際的生產(chǎn)，為人們的生活提供更多便利。電動機的發(fā)明和使用對人類來說具有極大的意 義，可以說它為人類生活帶來了翻天覆地的變化。 直線電機的歷史，據(jù)有關(guān)文獻最早可追溯到 1840年惠斯登（ Wheatstone）開始提出和制作了略具雛形但并不成功的直線電機，從那時至今，已有 160多年的歷史了，在這不算短的歷史過程當(dāng)中，直線電機經(jīng)歷了探索實驗、開發(fā)應(yīng)用和實用商品化三個時代： 西京學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第二章 電動機的發(fā)展概況 4 1840～ 1955年為探索實驗時期： 從 1840年到 1955年的 116年期間，直線電機從設(shè)想到實驗到部分實驗性應(yīng)用，經(jīng)歷了一個不斷探索，屢遭失敗的過程。自從 Wheatsone提出和試制了直線電機以后，最早明確地提到直線電機文章的是 1890年美國匹茲堡市的市長，在他所寫的一篇文章中，首先明確地提到了直線電機以及它的專利。然而，由于當(dāng)時的制造技術(shù)、工程材料以及控制技術(shù)的水平，在經(jīng)過斷斷續(xù)續(xù) 20多年的頑強努力后，最終卻未能獲得成功。 至 1905年，曾有兩人分別建議將直線電動機作為火車的推進機構(gòu)，一種建議是將初級放在軌道上，另一種建議是將初級放在車輛底部。這些建議無疑是給當(dāng)時直線電機研究領(lǐng)域的科研人員的一劑興奮劑，以致許多國家的科研人員都投入了這些研究工作。 1917年 出現(xiàn)了第一臺圓筒形直線電動機，事實上那是一種具有換接初級線圈的直流磁阻電動機，人們試圖把它作為導(dǎo)彈發(fā)射裝置，但其發(fā)展并沒有超出模型階段。 至此，從 1930~1940年期間，直線電機進入了實驗研究階段，在這個階段中，科研人員獲馭了大量的實驗數(shù)據(jù)，從而對已有理論有了更深一層的認(rèn)識，奠定了直線電機在今后的應(yīng)用基礎(chǔ)。 從 1940～ 1955年期間世界一些發(fā)達國家科研人員，在實驗的基礎(chǔ)上，又進行了一些實驗應(yīng)用工作。 1945年，美國西屋電氣公司首先研制成功的電力牽引飛機彈射器，它以 7400kW的直線電動機為動 力，成功地用 4535kg，的噴氣式飛機在 165m的行程內(nèi)由靜止加速的 188km/h的速度，它的試驗成功，使直線電動機可靠性好等優(yōu)點受到了應(yīng)有的重視，隨后，美國利用直線電機制成的、用作抽汲鉀、鈉等液態(tài)金屬的電磁泵，為的是核動力中的需要。 1954年，英國皇家飛機制造公司利用雙邊扁平型直流直線電機制成了發(fā)射導(dǎo)彈的裝置，其速度可達 1600km/h。在這個階段中，尤需值得一提的是，直線電機作為高速列車的驅(qū)動裝置得到了各國的高度重視并計劃予以實施。 在 1840～ 1955 年期間，是直線電機探索實驗和 部分實驗應(yīng)用時期，在直線電機與旋轉(zhuǎn)電機的相互競爭中，由于直線電機的成本和效率方面沒有能夠戰(zhàn)勝旋轉(zhuǎn)電機，或者說，直線電機還沒能找到唯獨它能解決問題的領(lǐng)域，以及直線電機在設(shè)計方面也沒有突破性的成功，所以直線電機在這一時期始終未能得到真正的西京學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第二章 電動機的發(fā)展概況 5 應(yīng)用。 1956～ 1970年為開發(fā)應(yīng)用時期： 自 1955年以來，直線電機進入了全面的開發(fā)階段，特別是該時期的控制技術(shù)和材料的驚人發(fā)展，更加助長了這種勢頭。在這段時期，申請直線機的專利件數(shù)也開始急速增加，該時期直線電機專利的增長率超過了所有其他技術(shù)領(lǐng)域的平均增長率。 到 1965年以后，隨著控制技術(shù)和材料性能的顯著提高，應(yīng)用直線電機的實用設(shè)備被逐步開發(fā)出來，例如采用直線電機的 MHD泵、自動繪圖儀、磁頭定位驅(qū)動裝置、電唱機、縫紉機、空氣壓縮機、輸送裝置等。（如圖③） 1971年至今為實用商品時期： 從 1971年開始到目前的這個階段，直線電機終于進入了獨立的應(yīng)用時代，在這個時代，各類直線電機的應(yīng)用得到了迅速的推廣，制成了許多具有實用價值的裝置和產(chǎn)品，例如直線電機驅(qū)動的鋼管輸送機、運煤機、起重機、空壓機、沖壓機、拉伸機、各種電動門 、電動窗、電動紡織機等等。特別可喜的是利用直線電機驅(qū)動的磁懸浮列車，其速度已超 500km/h，接近了航空的飛行速度，且試驗行程累計已達數(shù)十萬千米。 從廣義上講，電機是電能的變換裝置，包括旋轉(zhuǎn)電機和靜止電機。旋轉(zhuǎn)電機是根據(jù)電磁感應(yīng)原理實現(xiàn)電能與機械能之間相互轉(zhuǎn)換的一種能量轉(zhuǎn)換裝置；靜止電機是根據(jù)電磁感應(yīng)定律和磁勢平衡原理實現(xiàn)電壓變化的一種電磁裝置，也稱其為變壓器。 這里我們主要討論旋轉(zhuǎn)電機，旋轉(zhuǎn)電機的種類很多，在現(xiàn)代工業(yè)領(lǐng)域中應(yīng)用極其廣泛，可以說，有電能應(yīng)用的場合都會有旋轉(zhuǎn)電機的身影。與 內(nèi)燃機和蒸汽機相比，旋轉(zhuǎn)電機的運行效率要高的多；并且電能比其它能源傳輸更方便、費用更廉價，此外電能還具有清潔無污、容易控制等特點，所以在實際生活中和工程實踐中，旋轉(zhuǎn)電機的應(yīng)用日益廣泛。 不同的電機有不同的應(yīng)用場合，隨著電機制造技術(shù)的不斷發(fā)展和對電機工作西京學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第二章 電動機的發(fā)展概況 6 原理研究的不斷深入，目前還出現(xiàn)了許多新型的電機。 ? 旋轉(zhuǎn)電機分類 在旋轉(zhuǎn)電機中，由于發(fā)電機是電能的生產(chǎn)機器，所以和電動機相比，它的種類要少的多；而電動機是工業(yè)中的應(yīng)用機器，所以和發(fā)電機相比，人們對電動機的研究要多的多，對其分類也要詳細的多。實際上，我們通常所 說的旋轉(zhuǎn)電機都是狹義的，也就是電動機 —— 俗稱“馬達”。眾所周知，電動機是傳動以及控制系統(tǒng)中的重要組成部分，隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電動機在實際應(yīng)用中的重點已經(jīng)開始從過去簡單的傳動向復(fù)雜的控制轉(zhuǎn)移；尤其是對電動機的速度、位置、轉(zhuǎn)矩的精確控制。 由此可見，對于一個電氣工程技術(shù)人員來說，熟悉各種電機的類型及其性能是很重要的一件事情。通常人們根據(jù)旋轉(zhuǎn)電機的用途進行基本分類。下面我們就從控制電動機開始，逐步介紹電機中最有代表性、最常用、最基本的電動機 ——控制電動機和功率電動機以及信號電機。 ? 控制電動機 ①伺服電動 機 伺服電動機廣泛應(yīng)用于各種控制系統(tǒng)中，能將輸入的電壓信號轉(zhuǎn)換為電機軸上的機械輸出量，拖動被控制元件，從而達到控制目的。 伺服電動機有直流和交流之分；最早的伺服電動機是一般的直流電動機，在控制精度不高的情況下，才采用一般的直流電機做伺服電動機。目前的直流伺服電動機從結(jié)構(gòu)上講 ,就是小功率的直流電動機 ,其勵磁多采用電樞控制和磁場控制 ,但通常采用電樞控制。 旋轉(zhuǎn)電機的分類，直流伺服電動機在機械特性上能夠很好的滿足控制系統(tǒng)的要求，但是由于換向器的存在，存在許多的不足：換向器與電刷之間易產(chǎn)生火花，干擾驅(qū)動器工作，不能 應(yīng)用在有可燃氣體的場合；電刷和換向器存在摩擦，會產(chǎn)生較大的死區(qū)；結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維護比較困難。 交流伺服電動機本質(zhì)上是一種兩相異步電動機，其控制方法主要有三種：幅值控制、相位控制和幅相控制。 一般地，伺服電動機要求電動機的轉(zhuǎn)速要受所加電壓信號的控制；轉(zhuǎn)速能夠隨著所加電壓信號的變化而連續(xù)變化；電動機的反映要快、體積要小、控制功率要小。伺服電動機主要應(yīng)用在各種運動控制系統(tǒng)中，尤其是隨動系統(tǒng)。 ② 步進電動機 所謂步進電動機就是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機構(gòu)；更通俗一點講：當(dāng)步進驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步 進電機按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度。我們可以通過控制脈沖的個數(shù)來控制電機的角位移量，從而達到精確定位的目的；同時還可以通過控制脈沖頻率來控制電動機轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達到調(diào)速的目的。目前，比較常用的步進電動機包括反應(yīng)式步進電動機西京學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第二章 電動機的發(fā)展概況 7 （ VR）、永磁式步進電動機（ PM）、混合式步進電動機（ HB）和單相式步進電動機等。 步進電動機和普通電動機的區(qū)別主要就在于其脈沖驅(qū)動的形式，正是這個特點，步進電動機可以和現(xiàn)代的數(shù)字控制技術(shù)相結(jié)合。但步進電動機在控制精度、速度