【正文】 電動(dòng)機(jī)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(dòng)力，而后據(jù)說是德國的雅克比最先將之付諸實(shí)踐，制造出了第一臺(tái)電動(dòng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)最早先的樣子是在兩個(gè) U型磁鐵中間安裝了一個(gè)六臂輪，并在每個(gè)臂上帶兩根棒型磁鐵，通電后磁鐵的吸引力和排斥力推動(dòng)輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)。（如 圖①） 電動(dòng)機(jī)在雅克比手上還有進(jìn)一步的發(fā)展，他制造了一個(gè)大型的裝置為小艇提供動(dòng)力，并在易北河上試航，雖然當(dāng)時(shí)的時(shí)速只達(dá)到了 ，但這不影響電動(dòng)機(jī)實(shí)驗(yàn)的成功。電動(dòng)機(jī)的另一個(gè)發(fā)展者美國的達(dá)文波特，在幾乎相同的時(shí)間里，也成功的制造了電動(dòng)的印刷機(jī)，只可惜這個(gè)型號(hào)的印刷機(jī)成本太大，幾乎沒有商業(yè)價(jià)值。 電動(dòng)機(jī)被廣泛應(yīng)用的推動(dòng)力來自直流電動(dòng)機(jī)的問世，在 1870年時(shí)比利時(shí)的工程師格拉姆發(fā)明了這種實(shí)用機(jī)械，并把它大量制造出來，而后還不斷的對(duì)電動(dòng)機(jī)的效率進(jìn)行提高。電動(dòng)機(jī)的另一個(gè)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(shí)間，西門子推出了電機(jī)車，這個(gè)不燒油的車在柏林工業(yè)展覽會(huì)上獲得一 片喝彩聲。交流電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)根據(jù)電磁感應(yīng) 原理設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)比起直流電動(dòng)機(jī)更為簡單，同時(shí)也比起只能使用在電車上的直流電動(dòng)機(jī)用途更廣泛，它的發(fā)明讓電動(dòng)機(jī)真正進(jìn)入了家庭電器領(lǐng)域。 交流電動(dòng)機(jī)問世之后，同步電動(dòng)機(jī)、串激電動(dòng)機(jī)、交流換向器電動(dòng)機(jī)（如圖②）等也逐步被人們發(fā)明出來，并投入實(shí)際的生產(chǎn)，為人們的生活提供更多便利。電動(dòng)機(jī)的發(fā)明和使用對(duì)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(jī)的歷史，據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)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(jī)，從那時(shí)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(jī)經(jīng)歷了探索實(shí)驗(yàn)、開發(fā)應(yīng)用和實(shí)用商品化三個(gè)時(shí)代： 西京學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第二章 電動(dòng)機(jī)的發(fā)展概況 4 1840～ 1955年為探索實(shí)驗(yàn)時(shí)期： 從 1840年到 1955年的 116年期間，直線電機(jī)從設(shè)想到實(shí)驗(yàn)到部分實(shí)驗(yàn)性應(yīng)用，經(jīng)歷了一個(gè)不斷探索，屢遭失敗的過程。自從 Wheatsone提出和試制了直線電機(jī)以后，最早明確地提到直線電機(jī)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(jī)以及它的專利。然而，由于當(dāng)時(shí)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(qiáng)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(dòng)機(jī)作為火車的推進(jìn)機(jī)構(gòu)，一種建議是將初級(jí)放在軌道上，另一種建議是將初級(jí)放在車輛底部。這些建議無疑是給當(dāng)時(shí)直線電機(jī)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(tái)圓筒形直線電動(dòng)機(jī)，事實(shí)上那是一種具有換接初級(jí)線圈的直流磁阻電動(dòng)機(jī)，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(jī)進(jìn)入了實(shí)驗(yàn)研究階段，在這個(gè)階段中，科研人員獲馭了大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，從而對(duì)已有理論有了更深一層的認(rèn)識(shí)，奠定了直線電機(jī)在今后的應(yīng)用基礎(chǔ)。 從 1940～ 1955年期間世界一些發(fā)達(dá)國家科研人員，在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，又進(jìn)行了一些實(shí)驗(yàn)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(jī)彈射器，它以 7400kW的直線電動(dòng)機(jī)為動(dòng) 力，成功地用 4535kg，的噴氣式飛機(jī)在 165m的行程內(nèi)由靜止加速的 188km/h的速度，它的試驗(yàn)成功，使直線電動(dòng)機(jī)可靠性好等優(yōu)點(diǎn)受到了應(yīng)有的重視，隨后，美國利用直線電機(jī)制成的、用作抽汲鉀、鈉等液態(tài)金屬的電磁泵，為的是核動(dòng)力中的需要。 1954年，英國皇家飛機(jī)制造公司利用雙邊扁平型直流直線電機(jī)制成了發(fā)射導(dǎo)彈的裝置，其速度可達(dá) 1600km/h。在這個(gè)階段中，尤需值得一提的是，直線電機(jī)作為高速列車的驅(qū)動(dòng)裝置得到了各國的高度重視并計(jì)劃予以實(shí)施。 在 1840～ 1955 年期間，是直線電機(jī)探索實(shí)驗(yàn)和 部分實(shí)驗(yàn)應(yīng)用時(shí)期，在直線電機(jī)與旋轉(zhuǎn)電機(jī)的相互競爭中，由于直線電機(jī)的成本和效率方面沒有能夠戰(zhàn)勝旋轉(zhuǎn)電機(jī)，或者說，直線電機(jī)還沒能找到唯獨(dú)它能解決問題的領(lǐng)域，以及直線電機(jī)在設(shè)計(jì)方面也沒有突破性的成功，所以直線電機(jī)在這一時(shí)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(dòng)機(jī)的發(fā)展概況 5 應(yīng)用。 1956～ 1970年為開發(fā)應(yīng)用時(shí)期： 自 1955年以來，直線電機(jī)進(jìn)入了全面的開發(fā)階段，特別是該時(shí)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(shí)期，申請直線機(jī)的專利件數(shù)也開始急速增加，該時(shí)期直線電機(jī)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(jī)的實(shí)用設(shè)備被逐步開發(fā)出來，例如采用直線電機(jī)的 MHD泵、自動(dòng)繪圖儀、磁頭定位驅(qū)動(dòng)裝置、電唱機(jī)、縫紉機(jī)、空氣壓縮機(jī)、輸送裝置等。（如圖③） 1971年至今為實(shí)用商品時(shí)期： 從 1971年開始到目前的這個(gè)階段，直線電機(jī)終于進(jìn)入了獨(dú)立的應(yīng)用時(shí)代，在這個(gè)時(shí)代，各類直線電機(jī)的應(yīng)用得到了迅速的推廣，制成了許多具有實(shí)用價(jià)值的裝置和產(chǎn)品，例如直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的鋼管輸送機(jī)、運(yùn)煤機(jī)、起重機(jī)、空壓機(jī)、沖壓機(jī)、拉伸機(jī)、各種電動(dòng)門 、電動(dòng)窗、電動(dòng)紡織機(jī)等等。特別可喜的是利用直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)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(yàn)行程累計(jì)已達(dá)數(shù)十萬千米。 從廣義上講，電機(jī)是電能的變換裝置，包括旋轉(zhuǎn)電機(jī)和靜止電機(jī)。旋轉(zhuǎn)電機(jī)是根據(jù)電磁感應(yīng)原理實(shí)現(xiàn)電能與機(jī)械能之間相互轉(zhuǎn)換的一種能量轉(zhuǎn)換裝置；靜止電機(jī)是根據(jù)電磁感應(yīng)定律和磁勢平衡原理實(shí)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(jī)，旋轉(zhuǎn)電機(jī)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(huì)有旋轉(zhuǎn)電機(jī)的身影。與 內(nèi)燃機(jī)和蒸汽機(jī)相比，旋轉(zhuǎn)電機(jī)的運(yùn)行效率要高的多；并且電能比其它能源傳輸更方便、費(fèi)用更廉價(jià)，此外電能還具有清潔無污、容易控制等特點(diǎn)，所以在實(shí)際生活中和工程實(shí)踐中，旋轉(zhuǎn)電機(jī)的應(yīng)用日益廣泛。 不同的電機(jī)有不同的應(yīng)用場合，隨著電機(jī)制造技術(shù)的不斷發(fā)展和對(duì)電機(jī)工作西京學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第二章 電動(dòng)機(jī)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(jī)。 ? 旋轉(zhuǎn)電機(jī)分類 在旋轉(zhuǎn)電機(jī)中，由于發(fā)電機(jī)是電能的生產(chǎn)機(jī)器，所以和電動(dòng)機(jī)相比，它的種類要少的多；而電動(dòng)機(jī)是工業(yè)中的應(yīng)用機(jī)器，所以和發(fā)電機(jī)相比，人們對(duì)電動(dòng)機(jī)的研究要多的多，對(duì)其分類也要詳細(xì)的多。實(shí)際上，我們通常所 說的旋轉(zhuǎn)電機(jī)都是狹義的，也就是電動(dòng)機(jī) —— 俗稱“馬達(dá)”。眾所周知，電動(dòng)機(jī)是傳動(dòng)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(dòng)機(jī)在實(shí)際應(yīng)用中的重點(diǎn)已經(jīng)開始從過去簡單的傳動(dòng)向復(fù)雜的控制轉(zhuǎn)移；尤其是對(duì)電動(dòng)機(jī)的速度、位置、轉(zhuǎn)矩的精確控制。 由此可見，對(duì)于一個(gè)電氣工程技術(shù)人員來說，熟悉各種電機(jī)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(jī)的用途進(jìn)行基本分類。下面我們就從控制電動(dòng)機(jī)開始，逐步介紹電機(jī)中最有代表性、最常用、最基本的電動(dòng)機(jī) ——控制電動(dòng)機(jī)和功率電動(dòng)機(jī)以及信號(hào)電機(jī)。 ? 控制電動(dòng)機(jī) ①伺服電動(dòng) 機(jī) 伺服電動(dòng)機(jī)廣泛應(yīng)用于各種控制系統(tǒng)中，能將輸入的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為電機(jī)軸上的機(jī)械輸出量，拖動(dòng)被控制元件，從而達(dá)到控制目的。 伺服電動(dòng)機(jī)有直流和交流之分；最早的伺服電動(dòng)機(jī)是一般的直流電動(dòng)機(jī)，在控制精度不高的情況下，才采用一般的直流電機(jī)做伺服電動(dòng)機(jī)。目前的直流伺服電動(dòng)機(jī)從結(jié)構(gòu)上講 ,就是小功率的直流電動(dòng)機(jī) ,其勵(lì)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(jī)的分類，直流伺服電動(dòng)機(jī)在機(jī)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(dòng)器工作，不能 應(yīng)用在有可燃?xì)怏w的場合；電刷和換向器存在摩擦，會(huì)產(chǎn)生較大的死區(qū)；結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維護(hù)比較困難。 交流伺服電動(dòng)機(jī)本質(zhì)上是一種兩相異步電動(dòng)機(jī)，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(dòng)機(jī)要求電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速要受所加電壓信號(hào)的控制；轉(zhuǎn)速能夠隨著所加電壓信號(hào)的變化而連續(xù)變化；電動(dòng)機(jī)的反映要快、體積要小、控制功率要小。伺服電動(dòng)機(jī)主要應(yīng)用在各種運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中，尤其是隨動(dòng)系統(tǒng)。 ② 步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 所謂步進(jìn)電動(dòng)機(jī)就是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)；更通俗一點(diǎn)講：當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，它就驅(qū)動(dòng)步 進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度。我們可以通過控制脈沖的個(gè)數(shù)來控制電機(jī)的角位移量，從而達(dá)到精確定位的目的；同時(shí)還可以通過控制脈沖頻率來控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。目前，比較常用的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)包括反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)西京學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第二章 電動(dòng)機(jī)的發(fā)展概況 7 （ VR）、永磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)（ PM）、混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)（ HB）和單相式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)等。 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和普通電動(dòng)機(jī)的區(qū)別主要就在于其脈沖驅(qū)動(dòng)的形式，正是這個(gè)特點(diǎn)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)可以和現(xiàn)代的數(shù)字控制技術(shù)相結(jié)合。但步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在控制精度、速度