微型电机原理

目录

第1章．微型电机原理的简单介绍 1

1.1、微型电机的种类 1

1.2、微型电机的结构 1

1.2.1、电磁式 1

1.2.2、组合式 1

1.2.3、非电磁式 1

1.3、控制用微电机特性参数 1

1.3.1、工作特性 1

1.3.2、灵敏度 1

1.3.3、精度 2

1.3.4、阻抗或电阻 2

1.3.5、可靠性 2

1.4、微型电机的应用领域 2

1.5、微型电机行业特点 2

1.6、我国微型电机行业回顾 2

1.7、我国微型电机行业现状 2

1.8、国际微型电机市场现状 3

1.9、我国微型电机行业的未来 3

第二章．模拟电路和数字电路设计概念 4

2.1模拟电路: 4

2.2、数字电路: 4

2.3、模拟电路和数字电路的区别 4

第三章．基本电路制作之元件简介和特点以及作用 5

3.1、NE555 5

3.2、NE555的特性 5

第四章、电机的调试 8

4.1、注意事项 8

第五章、实验体会与感想 9

第1章．微型电机原理的简单介绍

微型电机-small and special electrical machine 体积、容量较小，输出功率一般在数百瓦以下的电机和用途、性能及环境条件要求特殊的电机。全称微型特种电机，简微型电机-韩国第一品牌-SPG称微电机。常用于控制系统中，实现机电信号或能量的检测、解算、放大、执行或转换等功能，或用于传动机械负载，也可作为设备的交、直流电源。

1.1、微型电机的种类

　　微特电机门类繁多，大体可分为直流电动机、交流电动机、自态角电机、步进电动机、旋转变压器、轴角编码器、交直流两用电动机、测速发电机、感应同步器、直线电机、压电电动机、电机机组、其他特种电机等13大类。

1.2、微型电机的结构

　　 微特电机在结构上大体可分为3类 ：

1.2.1、电磁式

　　 基本组成与普通电机相似，包括定子、转子、电枢绕组、电刷等部件，但结构格外紧凑。

1.2.2、组合式

　　 常见的有两种：上述各种微电机的组合；微电机与电子线路的组合。例如直流电动机与传感器的组合，X方向与Y方向直线电动机的组合等。

1.2.3、非电磁式

　　 外形结构与电磁式一样，如旋转类产品作成圆柱形，直线类产品作成方形，但内部结构因其工作原理不同而差别很大。

1.3、控制用微电机特性参数

　　 各类微特电机的性能差别很大，其性能参数难以统一阐明。一般说来，用于驱动机械的侧重于运行及起动时的力能指微型电机-韩国SPG微型电机标；作电源用的要考虑输出功率、波形和稳定性；控制用微电机则偏重于静态和动态的特性参数。前两类电机的特性参数与普通电机相似。

　　 唯控制用微电机有其独特的特性参数。

1.3.1、工作特性

　　 常用输出量与输入量，或一个输出量与另一个输出量之间的关系来表示。从控制要求来说，静态特性曲线应连续、光滑，没有突变；动态特性常用频率曲线或响应曲线来表示。频率曲线应平稳，无突跳振荡点；响应曲线应快速收敛。

1.3.2、灵敏度

　　 对应于单位输入信号的输出量的大小。一般常用比力矩、比电动势、放大系数等表示。

1.3.3、精度

　　 一定输入条件下，输出信号的实际值与理论值的差值代表微电机的精度，常用误差大小表示。

1.3.4、阻抗或电阻

　　 在系统中，微电机的输入、输出阻抗应分别与相应电路匹配，保证系统的运行性能及精度。

1.3.5、可靠性

　　 不仅是控制用微电机的特殊要求，驱动微电机和电源微电机也有此要求。常用使用寿命、失效率、可靠度和平均无故障时间等参数表征微电机的运行可靠性。

1.4、微型电机的应用领域

　　 微特电机主要应用于3个领域：①无特殊控制要求的驱动场合作为运动机械负载的动力源。②音像设备。例如，在盒式录像机中，微特电机既是磁鼓组件的关键元件，又是其主导轴驱动、收供带和磁带盒的自动装载以及磁带张力控制的重要元件。③办公自动化设备、计算机外部设备和工业自动化设备。如磁盘驱动器、复印机、数控机床、机器人等都应用了微特电机。

1.5、微型电机行业特点

　　 微特电机指直径小于160mm或额定功率小于750W或具有特殊性能、特殊用途的电机。微特电机综合了电机、微电子、

　　 电力电子、计算机、自动控制、精密机械、新材料等多门学科的高新技术行业，尤其是电子技术和新材料技术的应用促进了微特电机技术进步。

　　 微特电机品种众多(达5000余种)、规格繁杂、市场应用领域十分广泛，涉及国民经济、国防装备、人类生活的各个方面，凡是需要电驱动的场合都可以见到微特电机。

　　 微特电机制造工序多，涉及精密机械、精细化工、微细加工、磁材料处理、绕组制、绝缘处理等工艺技术，需要的工艺装备数量大、精度高，为了保证产品的质量还需一系列精密的测试仪器，是投资性较强的行业。

　　 简而言之，微特电机行业是劳动密集型和技术密集型的高新技术产业。

1.6、我国微型电机行业回顾

　　 我国微型电机行业创建于20世纪50年代末期，从为满足国防武器装备需要开始，经历了仿制、自行设计和研究开发的阶段，至今已有40余年的发展历史，已形成产品开发、规模化生产和关键零部件、关键材料、专用制造设备、测试仪器配套的完整的工业体系。据统计，我国微特电机生产及配套厂家在1000家以上，从业人员超过10万人，工业总产值超过100亿元。微特电机行业已成为国民经济和国防现代化建设中不可缺少的一个基础产品工业。

1.7、我国微型电机行业现状

　　 自20世纪80年代以来，微型电机的国内需求在不断增长。我国已引进50余条生产线，实现25个大类、60个系列、400个品种、2000个规格微特电机大批量、规模化生产。主要产品是有刷永磁直流电动机、小功率交流电动机、交直流串激电动机、罩极电动机、步进电动机、振动电机(手机用)等。

　　1999年我国微特电机产量约30亿台，其中民营和国企的产量约2.5亿台，独资企业的产量约12亿台，香港地区的产量约14亿台(德昌公司12亿台)，台湾地区的产量约1.8亿台。2000年生产量约39亿台，占全球总产量的60％。

　　技术含量高的微型电机，如精密无刷电动机、高速同步电动机、高精度步进电动机、片状绕组无刷电动机、高性能伺服电动机以及新原理新结构超声波电动机国内尚未形成商品化或批量生产能力。所以国内对高精密微特电机还依赖进口。据海关统计，1995~2000年年均用汇增长26.9％，2001年虽然增加4.81％，还达11.97亿美元。

1.8、国际微型电机市场现状

　　 世界经济在不断发展，人们生活水平在不断提高，微特电机作为不可缺少的基础机电产品，它既有低、中档、低投资的微型电机-韩国SPG微型电机全系列劳动密集型产品，又有采用先进制造技术、新兴电子技术和新材料技术应用相结合的高投资技术密集型产品，并已融入生产和销售的全球化。

　　 2000年，全球微特电机市场在65亿台以上，主要分布在视听、办公自动化、电动车(含汽车)、家电和空调等领域。表1列出了2000年世界微特电机市场分布的状况及日本的占有率(在这里应该指出的是日本占有市场份额的相当大部分的中、低档微特电机已转移到我国内地生产)。伴随人们生活水平的提高，微特电机市场在迅速发展。通常每个家庭拥有微特电机的数量可以衡量一个国家现代化水平的程度，从表2可以知道发达国家日本每个家庭拥有微特电机数量逐年增长的历史状况和今后增长的趋势，其市场需求发展迅速、蕴藏着巨大的市场。

　　日本在AV、OA用微特电机轻、薄、小型化家电、空调用微特电机高效率化、静音化、工业伺服用微特电机高性能化诸方面进行了大量研发工作，在世界上处于领先地位，其产品技术含量大，占据了世界高档微特电机的绝大部分市场。

1.9、我国微型电机行业的未来

　　我国自1995年至2000年微特电机出口年均创汇增长18.6％，2001年比2000年减少6.02％。受美国“9.11”事件的影响，美国、 日本经济受到严重挫折全球经济不景气，是2001年出口减少的主要因素。表3列出了海关统计的1995~2001年微特电机出口的情况。 2000年世界微特电机市场约65亿台，我国出口 27.26亿台，占国际市场约42％的份额，其中玩具电机32151.1万台，<37.5W的微特 电机238239.6万台，>37.5W的交直两用电机1970.6万台，<750W的直流电动机、发电机237.7万台。据统计，80％为日本、我国香港和台湾地区在内地的投资企业所生产出口的微特电机。2001年出口创汇在5000万美元的企业有6家：青岛三美电机有限公司14134万美元，天津三美电机有限公司12450万美元，珠海三美电机有限公司10803万美元，东芝华强三洋马达有限公司9955万美元，万宝至马达大连有限公司9690万美元，珠海松下马达有限公司8082万美元，三协精机(福建)有限公司7271万美元。

　　加入WTO后，我国微特电机行业已经进入机遇与挑战并存的全球经济大环境中，只有全力拼博、激烈竞争，才能夺取国际市场更大份额。

第二章．模拟电路和数字电路设计概念

2.1模拟电路:

电路中的元件(器件)动作方式属于线性变化的电路。通常著重的是放大倍率, 讯杂比, 工作频率等问题。常见如:变压电路, 放大器电路, 都是属于仿真电路。亦称为类比电路。比如你听收音机、看电视、打电话的时候从喇叭里听到的语音信号）的电路。相对应的是数字电路。但模拟电路是数字电路的基础，数字电路的器件都是模拟电路组成的.

2.2、数字电路:

用数字信号完成对数字量进行算术运算和逻辑运算的电路称为数字电路，或数字系统。由于它具有逻辑运算和逻辑处理功能.

2.3、模拟电路和数字电路的区别

在模拟电路中， 电压.电流.频率，周期的变化是互相制约的，而数字电路中电路中电压.电流.频率.周期的变化是离散的。

模拟电路可以在大电流高电压下工作，而数字电路只是在小电压，小电流底功耗下工作，完成或产生稳定的控制信号。

摸拟电路是为数字电路供给电源而又完成执行机构的执行。而数字电路是通过它特有的逻辑运算来完成整个电路的操作过程

第三章．基本电路制作之元件简介和特点以及作用

3.1、NE555

（Timer IC）为8脚时基集成电路，大约在1971年由Signetics Corporation发布，在当时是唯一非常快速且商业化的Timer IC，在往后的30年中非常普遍被使用，且延伸出许多的应用电路，后来基于CMOS技术版本的Timer IC如MOTOROLA的MC1455已被大量的使用，但原规格的NE555依然正常的在市场上供应，尽管新版IC在功能上有部份的改善，但其脚位劲能并没变化，所以到目前都可直接的代用。

NE555是属于555系列的计时IC的其中的一种型号，555系列IC的接脚功能及运用都是相容的，只是型号不同的因其价格不同其稳定度、省电、可产生的振荡频率也不大相同；而555是一个用途很广且相当普遍的计时IC，只需少数的电阻和电容，便可产生数位电路所需的各种不同频率之脉波讯号。

LM358 内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器，适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式，在推荐的工作条件下，电源电流与电源电压无关。它的使用范围包括传感放大器、直流增益模块和其他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合。LM358 的封装形式有塑封8引线双列直插式和贴片式。

ULN2003高耐压、大电流复合晶体管IC—ULN2003是高耐压、大电流复合晶体管阵列，由七个硅NPN 复合晶体管组成。

3.2、NE555的特性

1.只需简单的电阻器、电容器，即可完成特定的振荡延时作用。其延时范围极广，可由几微秒至几小时之久。2.它的操作电源范围极大，可与TTL，CMOS等逻辑电路配合，也就是它的输出电平及输入触发电平，均能与这些系列逻辑电路的高、低电平匹配。3.其输出端的供给电流大，可直接推动多种自动控制的负载。4.它的计时精确度高、温度稳定度佳，且价格便宜。

　　Pin 1 (接地) -地线(或共同接地) ，通常被连接到电路共同接地。Pin 2 (触发点) -这个脚位是触发NE555使其启动它的时间周期。触发信号上缘电压须大于2/3 VCC，下缘须低于1/3 VCC 。Pin 3 (输出) -当时间周期开始555的输出输出脚位，移至比电源电压少1.7伏的高电位。周期的结束输出回到O伏左右的低电位。于高电位时的最大输出电流大约200 mA 。Pin 4 (重置) -一个低逻辑电位送至这个脚位时会重置定时器和使输出回到一个低电位。它通常被接到正电源或忽略不用。Pin 5 (控制) -这个接脚准许由外部电压改变触发和闸限电压。当计时器经营在稳定或振荡的运作方式下,这输入能用来改变或调整输出频率。Pin 6 (重置锁定) - Pin 6重置锁定并使输出呈低态。当这个接脚的电压从1/3 VCC电压以下移至2/3 VCC以上时启动这个动作。Pin 7 (放电) -这个接脚和主要的输出接脚有相同的电流输出能力，当输出为ON时为LOW，对地为低阻抗，当输出为OFF时为HIGH，对地为高阻抗。Pin 8 (V +) -这是555个计时器IC的正电源电压端。供应电压的范围是+4.5伏特(最小值)至+16伏特(最大值)。

功能特性

　　·供应电压4.5-18V 　　·供应电流3-6 mA 　　·输出电流225mA (max) 　　·上升/下降时间100 ns

相关应用

　　NE555的作用范围很广，但一般多应用于单稳态多谐振荡器（Monostable Mutlivibrator）及无稳态多谐振荡器（Astable Multivibrator）。

编辑本段行情分析

　　NE555该型号，市场上比较常见，在各大网站上，搜索比较频繁。NE555在9-10月份报价差异较大，主流品牌是TI、ST、NULL及国产品牌，国外品牌的价格一直相对偏高，各商户报价在0.4-1元/PCS区间波动；国产品牌价格就非常低，由于价格相对较低，利润已经压制很窄空间，因此降价空间小，有时候市场还出现小幅度的涨价现象。

开放分类：电子技术，集成电路，电子元器件

LM358的特性：

（1）内部频率补偿

（2）直流电压增益高(约100dB)

（3）单位增益频带宽(约1MHz)

（4）电源电压范围宽：单电源(3—30V)

（5）双电源(±1.5 一±15V)

（6）低功耗电流，适合于电池供电 LM358

（7）低输入偏流

(8)低输入失调电压和失调电流 　

(9)共模输入电压范围宽，包括接地

(10)差模输入电压范围宽，等于电源电压范围 　

(11)输出电压摆幅大(0 至Vcc-1.5V)

LM358运用：红外线探测报警器，该报警器能探测人体发出的红外线，当人进入报警器的监视区域内，即可发出报警声，适用于家庭、办公室、仓库、实验室等比较重要场合防盗报警。

工作原理

该装置电路原理1。由红外线传感器、信号放大电路、电压比较器、延时电路和音响报警电路等组成。红外线探测传感器IC1探测到前方人体辐射出的红外线信号时，由IC1 的②脚输出微弱的电信号，经三极管VT1 等组成第一级放大电路放大，再通过C2输入到运算放大器IC2中进行高增益、低噪声放大，此时由IC2①脚输出的信号已足够强。IC3作电压比较器，它的第⑤脚由R10、VD1提供基准电压，当IC2①脚输出的信号电压到达IC3的⑥脚时，两个输入端的电压进行比较，此时IC3的⑦脚由原来的高电平变为低电平。IC4 为报警延时电路，R14 和C6 组成延时电路，其时间约为1 分钟。当IC3的⑦脚变为低电平时，C6通过VD2放电，此时IC4 的②脚变为低电平，它与IC4的③脚基准电压进行比较，当它低于其基准电压时，IC4 的①脚变为高电平，VT2 导通，讯响器BL通电发出报警声。人体的红外线信号消失后，IC3的⑦脚又恢复高电平输出，此时VD2 截止。由于C6两端的电压不能突变，故通过R14向C6 缓慢充电，当C6两端的电压高于其基准电压时，IC4的①脚才变为低电平，时间约为1 分钟，即持续1分钟报警。由VT3、R20、C8 组成开机延时电路，时间也约为1 分钟，它的设置主要是防止使用者开机后立即报警，好让使用者有足够的时间离开监视现场，同时可防止停电后又来电时产生误报。该装置采用9－12V直流电源供电，由T 降压，全桥U整流，C10 滤波，检测电路采用IC5 78L06供电。本装置交直流两用，自动无间断转换。

ULN2003的每一对达林顿都串联一个2.7K 的基极电阻,在5V 的工作电压下它能与TTL 和CMOS 电路直接相连，可以直接处理原先需要标准逻辑缓冲器来处理的数据。ULN2003 工作电压高，工作电流大，灌电流可达500mA，并且能够在关态时承受50V 的电压，输出还可以在高负载电流并行运行。ULN2003 采用DIP—16 或SOP—16 塑料封装。

ULN2003内部还集成了一个消线圈反电动势的二极管，可用来驱动继电器。它是双列16脚封装,NPN晶体管矩阵,最大驱动电压=50V,电流=500mA,输入电压=5V,适用于TTL COMS,由达林顿管组成驱动电路。 ULN是集成达林顿管IC,内部还集成了一个消线圈反电动势的二极管,它的输出端允许通过电流为200mA，饱和压降VCE 约1V左右，耐压BVCEO 约为36V。用户输出口的外接负载可根据以上参数估算。采用集电极开路输出，输出电流大，故可直接驱动继电器或固体继电器，也可直接驱动低压灯泡。通常单片机驱动ULN2003时，上拉2K的电阻较为合适，同时，COM引脚应该悬空或接电源。ULN2003是一个非门电路，包含7个单元，单独每个单元驱动电流最大可达350mA，9脚可以悬空。比如1脚输入，16脚输出，你的负载接在VCC与16脚之间，不用9脚。

编辑本段作用

　　ULN2003是大电流驱动阵列,多用于单片机、智能仪表、PLC、数字量输出卡等控制电路中。可直接驱动继电器等负载。输入5VTTL电平，输出可达500mA/50V。ULN2003是高耐压、大电流达林顿陈列,由七个硅NPN达林顿管组成。 该电路的特点如下: ULN2003的每一对达林顿都串联一个2.7K的基极电阻,在5V的工作电压下它能与TTL和CMOS电路 直接相连,可以直接处理原先需要标准逻辑缓冲器。ULN2003 是高压大电流达林顿晶体管阵列系列产品,具有电流增益高、工作电压高、温度范围宽、带负载能力强等特点,适应于各类要求高速大功率驱动的系统。 　　

ULN2003芯片引脚介绍

　　引脚1：CPU脉冲输入端，端口对应一个信号输出端。引脚2：CPU脉冲输入端。引脚3：CPU脉冲输入端。引脚4：CPU脉冲输入端。引脚5：CPU脉冲输入端。引脚6：CPU脉冲输入端。引脚7：CPU脉冲输入端。引脚8：接地。引脚9：该脚是内部7个续流二极管负极的公共端，各二极管的正极分别接各达林顿管的集电极。用于感性负载时，该脚接负载电源正极，实现续流作用。如果该脚接地,实际上就是达林顿管的集电极对地接通。 引脚10：脉冲信号输出端，对应7脚信号输入端。

引脚11：脉冲信号输出端，对应6脚信号输入端。引脚12：脉冲信号输出端，对应5脚信号输入端。引脚13：脉冲信号输出端，对应4脚信号输入端。引脚14：脉冲信号输出端，对应3脚信号输入端。引脚15：脉冲信号输出端，对应2脚信号输入端。　 　　引脚16：脉冲信号输出端，对应1脚信号输入端。

第四章、电机的调试

4.1、注意事项

调试前之准备检查：

(1) 绝缘电阻测定

(2) 各种配线之检查

(3) 接地线之检查

(4) 气隙(Air gap)之检查

(5) 轴承关系

(6) 耐压试验

起动后之检查:

电动机起动时，对方机械应於无负载状态下，开始时尽量以低速回转并依下述各项检查之，以全电压起动之笼形时，起动之后随即将开关切掉，由惯性回转时检查之。

a) 回转方向是否相符(正常之回转方向於外形图或铭板上有指示)。

b) 是否有定部与转部接触之情况。

c) 轴承之油环是否有转动。

d) 使用轴承时，有否由轴承上发生之异常音响。

e) 绕线形者注意集电环处是否有飞弧( Flash over)等之异常发生。

f) 滑动轴承时轴承之止推(Thrust)面是否有接触，装有磁心规(Magnetic center gauge)者准确认之。

g) 请检查是否有异常之振动，绝缘是否有烧焦味等。

加速时之检查：

如低速无异常时，可一边慢慢加速，一面注意检查轴承温度、振动、轴端隙、油环回转情况。由全速回转至加负载为止之注意：进入全速运转后，继续以无负载运转直至轴承温度大致饱和为止，确定无异常后才开始全负载运转。

第五章、实验体会与感想

经过这次的测试技术实验,我个人得到了不少的收获,一方面加深了我对课本理论的认识,另一方面也提高了实验操作能力。现在我总结了以下的体会和经验。

这次的实验跟我们以前做的实验不同，因为我觉得这次我是真真正正的自己亲自去完成。所以是我觉得这次实验最宝贵，最深刻的。就是实验的过程全是我们学生自己动手来完成的，这样，我们就必须要弄懂实验的原理。在这里我深深体会到哲学上理论对实践的指导作用：弄懂实验原理，而且体会到了实验的操作能力是靠自己亲自动手，亲自开动脑筋，亲自去请教别人才能得到提高的。

我们做实验绝对不能人云亦云，要有自己的看法，这样我们就要有充分的准备，若是做了也不知道是个什么实验，那么做了也是白做。实验总是与课本知识相关的，比如微电动机的调试实验，是利用频率特性分析振动的，就必须回顾课本的知识，知道实验时将要测量什么物理量，写报告时怎么处理这些物理量。

在实验过程中，我们应该尽量减少操作的盲目性提高实验效率的保证，有的人一开始就赶着做，结果却越做越忙，主要就是这个原因。我也曾经犯过这样的错误。在做电桥实验时，开始没有认真吃透电路图，仪器面板的布置及各键的功能，瞎着接线，结果显示不到数据，等到显示到了又不正确，最后只好找同学帮忙。

我们做实验不要一成不变和墨守成规，应该有改良创新的精神。实际上，在弄懂了实验原理的基础上，我们的时间是充分的，做实验应该是游刃有余的，如果说创新对于我们来说是件难事，那改良总是有可能的。比如说，在做电桥实验中，我们可以通过返回旋动，测量回程误差。

在实验的过程中我们要培养自己的独立分析问题，和解决问题的能力。培养这种能力的前题是你对每次实验的态度。如果你在实验这方面很随便，抱着等老师教你怎么做，拿同学的报告去抄，尽管你的成绩会很高，但对将来工作是不利的。比如在做回转机构实验中，经老师检查，我们的时域图波形不太合要求，我首先是改变振动的加速度，发现不行，再改变采样频率及采样点数，发现有所改善，然后不断提高逼近，最后解决问题，兴奋异常。在写实验报告，对于思考题，有很多不懂，于是去问老师，老师的启发了我，其实答案早就摆在报告中的公式，电路图中，自己要学会思考。

在这次的实验中，我对一些测试硬件、软件及其使用有了更深刻的认识。比如说，我在电桥实验中，我知道应变片是怎么样的，面板是怎么接电桥的；在回转机构及悬臂梁实验中，我知道压电传感器是如此微小的，怎样通过放大、接口电路进行微机分析，滤波、窗函数的选择，及怎样使用采样和分析，另外，用文档形式写报告，是我们以前从来没有尝试过的。可以说，做这次的测试技术实验，我们学生自己的能力得到了充分的发挥，跟以往那些充满条条框框的实验是不同的。

本人认为，在做这次的测试技术实验中，学习和传感器是一件最有趣的事情，因为这是一个虚拟的平台，它能够对各种测试结果进行准确的分析实在是太神奇了；而传感器则是测试技术的一个必不可少的前提，所以我觉得和传感器对测试技术的起到非常重要的作用。

最后，通过这次的测试技术实验我不但对理论知识有了更加深的理解，对于实际的操作和也有了质的飞跃。经过这次的实验，我们整体对各个方面都得到了不少的提高，希望以后学校和系里能够开设更多类似的实验，能够让我们得刀更好的锻炼。

二、评语及成绩

成绩：

指导教师：

本文来源：https://www.2haoxitong.net/k/doc/a39d100b69eae009581becdb.html