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發布時間：2023-10-31 10:51
幾乎所有移動設備都由機電系統提供動力。這些系統存在于大多數電機、電磁閥和機電一體化裝置中。從汽車車窗到電動座椅，從洗衣機到烘干機，我們日常生活中使用的許多產品都依賴于這些系統。下面介紹三種最常見的機電系統和設備及其工作原理。
電動機本質上是一種電機，它在電氣系統的驅動下，通過一組齒輪和磁場將電能(電流)轉換為機械能(扭矩)。電氣系統可以從各種直流(DC)和交流(AC)電源中獲取電力，包括電池和整流器(直流電源)以及電網、逆變器和發電機(交流電源)。使用電動機的最常見產品是風扇、攪拌機和電動窗。
當然，電動機并不局限于家用。電動機與一些使全球化成為可能的事物有著內在聯系。例如，電動機用于為一些最大的貨輪提供動力，這些貨輪從世界各地運輸貨物，供國內消費。電動機還用于擠壓石油和天然氣，使其能夠安全地通過連接油井和煉油廠的長達數英里的管道--隨著世界人口和技術消費的增長，這種應用正變得越來越重要，從而導致對能源的需求。
總之，電動機有多種類型和規格，其中主要有三類在較低電壓范圍(6-24V)內工作。它們是：
1.1 直流有刷電動機
有刷直流電機是一種內部換向的電機，設計用于在直流電源下運行。電機由幾個主要部件組成。永久磁鐵(也稱為定子磁鐵)位于電機外殼外，一側為正極，另一側為負極。與電機中心的電機軸相連的是幾個繞組(或電樞繞組)(繞組由一個或多個繞組組成，形成一個連續的線圈，電流通過線圈)，這些繞組又與金屬板相連。 繞組還與一對稱為換向器的金屬板相連。當金屬電刷工作時，它們與換向器接觸;當向金屬電刷施加直流電壓時，電流會傳輸到換向器，從而改變電樞繞組周圍的磁場，使線圈在永久磁鐵之間旋轉。有刷直流電機的轉速和扭矩可根據電源進行調節。有刷直流電機的優點是購買成本相對較低，使用方便(只需連接直流電源)，低速時扭矩大，這在電機啟動時有負載的情況下非常有用。
有刷電機通常用于電力驅動、起重機、造紙機和煉鋼廠，但實際上它們隨處可見。你現在的手掌中可能就有一個，因為你的智能手機可能就有一個能產生觸覺反饋(振動)的小型有刷直流電機。當電刷磨損需要更換時，帶有電力電子設備的無刷直流電機在許多應用中取代了有刷直流電機。
不過，即使在某些應用中被無刷直流電機取代，我們仍應尊重有刷直流電機。有刷直流電機是最早提供商用機械能的產品，因此無疑對我們當今世界的發展起到了重要作用。
1.2 無刷直流電機
與無刷直流電機一樣，顧名思義，無刷直流電機也是直流電機。它們由轉子上的永久磁鐵和固定的定子線圈(電磁鐵)組成。當轉子轉動時，末端的一個或多個傳感器會向控制電路發送信號，從而串聯切換定子線圈。與有刷電機相比，無刷電機的優點是使用壽命長(有刷電機中使用的電刷會隨著時間的推移而磨損，從而縮短電機的使用壽命)、功率重量比高、速度高和電子控制。由于無刷電機由計算機控制，因此精度更高。增加定子中電磁鐵的數量也可以提高無刷電機的精度。
計算機控制在很大程度上也提高了無刷電機的效率;直流無刷電機的工作效率約為 75-80%，而直流無刷電機的工作效率接近 85-90%。由于電機中沒有電刷，因此無刷電機更安靜，也不會產生危險的火花。無刷直流電機的缺點是需要初始投資，但電機的長使用壽命很快就能彌補這一缺點。無刷電機可用于計算機外圍設備(磁盤驅動器、打印機)、手動工具、工業機器人和車輛(從小型飛機到汽車)。
1.3 步進電機
與無刷直流電機不同，步進電機不需要傳感器。它們有一個中心帶有永久磁鐵的轉子，可在定子的固定繞組內自由轉動。控制電路周期性地將電流注入繞組，產生磁場。當磁鐵與線圈極性相同的一端被排斥，另一端被吸引時，磁鐵就會旋轉并啟動電機。在更細的層面上，內部磁鐵被分為幾個部分，就像鐘表齒輪上的齒一樣。這些 "齒 "穿過環繞磁鐵的外線圈。
螺線管是一種電磁鐵，當電流流經導線時會產生受控磁場，從而產生線性運動。它也可以不用作電磁鐵，而是用作減緩電流變化的電感器。螺線管由纏繞在柱塞上的蘑菇狀線圈組成，柱塞通常由鐵制成。由于螺線管使用電磁鐵，可以通過計算機程序或中斷電流來開關，因此作為開關或閥門特別有用，經常用于汽車鑰匙、門鈴和許多自動化工業系統等產品中。螺線管有多種類型，例如
機電式螺線管 - 由纏繞在移動鋼片或鐵片上的電磁感應線圈組成，常見于電子墨水標記器、彈球機、點陣打印機和噴油器中。
旋轉螺線管 - 通電時用于旋轉閂鎖機構，20 世紀 50 年代首次應用于使用旋轉觸發器自動化的機電控制裝置。
旋轉跟蹤線圈是螺線管的旋轉版本，常用于光盤驅動器等應用中。
氣動電磁線圈是一種開關，旨在將空氣導入任何氣動設備，從而用相對較小的信號控制較大的設備。它也是電子控制器和氣動系統之間的接口。
液壓電磁閥 - 這是一種控制液壓流體流量的閥門，常見于洗衣機等家用電器中，用于控制滾筒中的水流和水量。
汽車啟動電磁閥是汽車點火系統的一部分，用于啟動發動機，從汽車蓄電池傳輸大電流，從點火開關傳輸小電流。
機電一體化是一個跨學科的工程領域，它將機械和電氣工程與計算機科學結合在一起，被普遍認為是未來先進自動化制造所必需的技能組合。在這些學科交叉領域工作的人員可能還對機器人、電子和電信有深入的了解，他們的任務是開發更簡單、更智能的系統。
典型的機電一體化系統接收來自環境的信號，對其進行處理并產生輸出信號，將其轉換為力、運動和動作。許多以前純粹的機械產品現在都依靠機電一體化系統來運行，包括防抱死制動系統等各種汽車系統，以及數碼單反相機等家用物品。這些系統是機電技術的未來。
機電工程師負責大型工業機器人、精密控制系統的設計和原型機的制造。機電一體化工程師的工作范圍與項目本身一樣廣泛;制造業當然需要合格的機電一體化工程師，但航空航天、采礦、國防和運輸業也需要他們。
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