機電整合

機電整合目前在整個工業界的自動化、設備、機具以及儀器上等，都可以看到它的用途，包括我們的日常生活中，所有的東西常常可以看到機電整合的使用，幾乎現在所有只要和 ...    機電整合是目前整個工業界自動化的基本架構，我們希望透過這門課讓各位學員了解機電整合的原理，及架構各部份的細節，了解這些細節對於整個工業界自動化的運作，對於基本的元件，有基本的認識。

   我們這門課程叫做機電整合，今天課程的部份要分為以下五個部份，第一個部分我們對整個機電整合做一個簡介，整個機電整合裡面有一個部份是弱電子元件及電路，我們會對這個部份做一些介紹，第三個部份是介紹整個機電整合的感測元件，第四個部份是介紹機電整合裡面的強電子元件及電路，第五個部份做馬達驅動系統的介紹。

   首先我們介紹第一個部份，簡介整個機電整合的概念。

   首先我們介紹第一個部份，簡介整個機電整合的概念。

機電整合目前在整個工業界的自動化、設備、機具以及儀器上等，都可以看到它的用途，包括我們的日常生活中，所有的東西常常可以看到機電整合的使用，幾乎現在所有只要和工程有關的部份，我們都可以看到機電整合，機電整合的機跟電分別指的是機械結構的部分以及整個電力電子的部分，所以機電整合是把整個機械結構跟電力電子整合起來，能夠達到我們要的功能，在工業界的目的是能達到提升機械的性能，降低人力成本，另外把整個機械產業的效率提高，所以它在整個工業界的應用上非常重要。

機電整合從字面上的意思就可以知道分為兩個部分機械、電力電子的部分，所以在機電整合的英文是mechtronics，是由機械(mechanics)以及電子(electronics)兩個字組成。

   整個機電整合的發展大概在二次世界大戰後，離現在大概二、三十年前開始發展起來，主要的在我們前面已經講到，它是把機械跟電力電子整合起來。

機械是真正實際上對外界做功的部分，很多我們要做任何事情的部分事實上是要靠機械才有辦法去推動，比方說我們加工的部分如:刀具、機具，一些製造出來的東西都是一些機械結構，這部分必須有東西來推動它控制它，推動跟控制的部分指的就是電力電子這的部分，電力電子在我們來講指的就是設備跟機台所用到的電的部分，電的部份分的非常多，包括說我們要把整個機械結構拿來驅動它，那驅動電的部份，還有整個機械結構運動的時候它的感測元件、電的訊號，機械結構是對外界做功，電力電子最主要是在控制機械結構的動作，來達到我們所要求預定的目標，還有精確度，另外包括做決策，減少人為誤差的損失，這都是整個電所要做的部份。

機電整合就是把整個機械跟電這兩大塊想辦法把它整合來，透過是當的介面把兩個部份整合起來，那這就是整個機電整合的架構。

   由這張示意圖我們可以看出整個機電整合的架構，在藍色的區塊上它就是機械結構的部份，這部份就是對外界做功的部份，機械結構要能夠動就必須要有東西去驅動它，目前的驅動器或是致動器，目前驅動的部份是由電的來驅動，我們目前就是用電的致動器和驅動元件這個區塊，去推動整個機械結構，讓它對外面做功，當機械結構對外面做功的時候，我們怎麼判斷機械結構做動作是不是達到要求，所以它必須有一個感測元件，去量測整個機械結構對外界做功的情形，除了這個之外，感測元件同時也去量測機械結構本身動作的狀態，是不是達到要求，包括整個機械結構運動的路徑、整個機械結構的速度、力量，這都在感測元件上量測的，所以感測元件一方面去量測整個機械結構的狀態，另ㄧ方面又去量測整個機械結構對外界做功做事情最後的結果，所以他把這兩個感測到的訊號，傳給整個控制元件跟處理電路，來做決策、判斷、處理，這個感測元件的處理訊號傳給控制元件跟處理電路之後，在整個控制元件的部份，它就開始去計算、決策、判斷，判斷說是不是達到要求了，接著再下指令給致動器跟驅動元件，告訴它下一個步驟它必須做什麼事情，這時候的致動器跟驅動元件，就會再去驅動機械結構，讓機械結構改變它目前的狀態，去做新的動作，所以這整個流程變成一個迴路系統，這部份在控制元件處理電路、感測元件跟致動器這三個部分，事實上是屬於電力電子的訊號，這是所謂電的部份。

   機械結構的部份，就是我們機械的部份，把它整合成一個迴路、一個流程，這就是所謂機電整合的概念，所以我們可以看到這是一個很完整的體系，這也是自動化跟機台設備動作的模式，還有整個架構由這部份來組成。

在控制元件、感測元件、驅動元件，這三個部份是屬於電力電子的部份，在機械結構是屬於機械的部份。

機械結構事實上已經發展了很久了，大概從所謂的工業革命之後，發展的主要的部份是屬於機械結構的部份，傳統的機械結構是可以細分為各式各樣的元件，這些元件都已經是規格化的，可以透過一些規格的機械元件互相組裝、組成起來我們所想要的目的，機械結構的總類非常多，包括我們常看到的連桿，連桿就是不同的桿件，利用一些插鞘連結在一起，連桿通常是利用馬達去驅動它讓它形成轉動，或是在把轉動變化成滑動，連桿在很多的機械結構上，包括機械手臂，它就是一種連桿的機構，都可以看到它的身影。

常看到的機構元件還包括凸輪，凸輪是用在設定時間上，尤其是在要很精確的掌握時間上，都會用到凸輪的這個元件，凸輪本身是不規則形狀的ㄧ個類似圓形的結構，它也是旋轉，但是它表面的形狀經過設計，所以可以由它表面的輪廓來控制機構運轉的時間，所以又稱為正時機構，很重要的要控制時間的都會用到凸輪，譬如引擎的汽缸，它進氣跟出氣的部份，要控制它何時進氣剛開口，出排氣口要開口，這些東西都是由凸輪來控制的。

另外一個就是很常用到的齒輪，齒輪最常用到的就是利用大小不同的齒輪，來做一些傳動的功能，另外還包括升速跟降速，尤其是在很多馬達，要把馬達的動力往外傳輸的時候，齒輪會用的非常多，齒輪的形狀除了正圓形的圓板齒輪之外，還包括長方形的齒條，所以把齒輪跟齒條配合就可以把馬達轉動的部份輸出成一個滑動或是移動的形式。

另外還包括彈簧，彈簧是提供一個拉力或是壓力的ㄧ個元件，尤其用在很多壓力設備，我們要調整壓力設備的壓力的部份，我們會用到彈簧來當成機構，另外一個就是連接器或叫做聯軸器，聯軸器基本上就是把馬達的轉動傳到另外一個軸，所以我們要把兩個軸連在一起，必須使用到連接器或是聯軸器，把馬達的轉動直接傳到另外一個軸的轉動。

另外一個是螺桿，螺桿是用在移動平台，尤其是用在精密定位移動的平台，我們會用到螺桿，螺桿就是在桿件上車出了螺紋出來，螺桿的定位非常精密，所以在比較精密的平台上面，它的支撐都是用螺桿加上一些軸承，來撐住整個平台達到精密定位，另外滑軌跟螺桿是比較類似的，也是用在平台結構上面，只是滑軌不像螺桿有車螺紋，它是單純的ㄧ個軌道，它是在要求比較沒有那麼精確的地方，可以用滑軌來取代螺桿，除了這些機構之外，事實上還有包含很多別機構，比方說像棘輪、蘇格蘭軛這些東西，這些機構事實上都是標準化規範好的一些元件，我們把這些元件經過適當的組合，可以達到我們的一些要求，因為機械結構的東西有規格化，所以可以很方便的把需求，透過這些東西不同的組合達到不同的功能，這就是機電整合機械的部份。

  在機電整合的部份中另外一個部份就是電力電子的部份，在這幾十年來發展的非常快，所以機電整合在電力電子的進步，也非常的迅速。

在整個自動化的功能和效果會越來越好，跟整個的電力電子發展有很大的關係，機電整合的電力電子基本上可以分成五個部份，感測元件、控制元件、驅動元件和驅動元件的處理電路及通訊電路。

人要去監控、觀看整個的效果，所以還有一些顯示元件的電路，在整個電力電子的部份，只要是相關的處理電路、電訊號，比如說放大電路、濾波電路、A/D、D/A的轉換電路，這部分和電子的發展有很大的關係，尤其是我們所謂的IC產業，它的發展對後面的東西都有很大的影響。

   電力電子的分類 電力電子基本上可以根據它的功率分為兩大類，分別為弱電和強電，弱電是功率比較小的電路系統，主要是在做訊號的處理傳輸，強電是功率比較大的電路系統，是用在驅動，尤其是驅動機械設備的部份，都是用強電的系統。

不管是弱電還是強電，它會根據它不同的元件會有一些額定電壓、額定電流，由不同的規格來決定額定電壓，兩者在電功率上有很大的差別，電流大小的差異非常大，尤其是電流是很大的差別，弱電的電流事實上是小電流，它的數量級大概是整個毫安培左右。

但是強電的系統它的電流是在數安培，甚至是到數十安培的大小，這兩個部部分因為電流的大小事實上是不一樣的，所以我們要很注意兩個不能，兩個不能直接的搭配，不然的話兩個不同電流大小，對兩者之間會造成損壞、不能動作。

ㄧ般來說，我們會在設備上會根據弱電和強電的部份提供不同的電力來源，讓兩個之間互不影響，這整個是電力電子的分類。

一般來講電力電子可以根據系統有不同的電路來源，有些系統會把整個強電的部份分一些給弱電使用，這樣的目的是降低一些能量的消耗，但是會怕強電的電功率比較強，我們所有的電力系統都會有一些雜訊，有時候會怕這些雜訊去影響到弱電的電子運作，所以有時候會把這兩個分成兩個不同的電源系統，根據不同的情形我們會提供不同的配電的形式，通常像是工廠的配電系統是可以獨立分開的，這兩個是不同的迴路，有一些移動的，像是運輸工具車輛，它不適合分開的電力系統，這時候會先整合起來再去分配它的配電系統，這就是電力電子的分類，上述所講的大概就是整個機電整合的架構。