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永磁电机的前生今世和未来?

2021-05-26  来自: 电机应用与技术 浏览次数:284


永磁电机的前生今世和未来?


如今,电机市场充斥着永磁电机,永磁无刷电机的增长率超过100%是正常现象,而不仅仅是运气,永磁电机的增长速度将持续很长时间。第1一台电机发明数十年后,永磁电机才开始实际应用,第1一批电机使用了条形磁铁。不幸的是,这些磁铁的质量很差,以至于第1一台永磁电机在工业上是不切实际的。这种局限性为众多发1明者提供了试验各种尺寸,形状,构造和材料的磁体的平台,造就了当今永磁电机中使用的强大而紧凑的磁体。

永磁体:第1一台电机

旋转电机(后来称为电机)早发1明者在设计中使用了永磁体,但是与大家今天所认识的电机比较,这些“机器”其实不是电机。迈克尔·法拉第(Michael Faraday)是新兴的电力和电磁学领域的早的实验者之一,他制造了旋转电机,被称为第1一台电机。

法拉第运用汉斯·克里斯蒂安·奥斯特(Hans Christian Oersted)的想法“通过电流产生磁场”,以及实验者威廉·沃拉斯顿(William Wollaston)的方法,他利用磁体使载流导线在轴上旋转,法拉第建造了一个实验室模型,将电能转换为机械(旋转)运动。该模型使用固定和旋转的永磁体,并将其导线连接到一碗汞和一个电池上。当电池连接到电线时,电流在电路中流动,产生的电磁场与永磁体相互作用产生扭矩并引起机械运动。

法拉第(Faraday)发明“电机”之后,其他发1明者迅速采取了改进措施,使其与大家今天所知的电机更加相似。1882年,彼得·巴洛(Peter Barlow)发明了一种纺车轮子,称为巴洛(Barlow)轮子,当轮子放低直到辐条浸入水银而在接线柱上施加电压时,该轮子引起了机械运动。

电磁体:永磁电机的历史停顿

电机的第1一发1明者很早就知道永磁电机就其实际应用而言具有严格的限制, 1882年,电工约翰·厄克特(John Urquhart)在其关于电机的论文中写道:“当电机械在施加大量能量时,建议用电磁体代替永磁体。当装有电磁体代替永磁体时,电机可显着提高功率。而且,电机的尺寸和重量可以大大减小,成本要低得多,并且机器能够将更大的电流转化为机械效应。

英国发明家威廉·斯特金(William Sturgeon)在1825年被认为是第1一个电磁体的发1明者。几年后,在1827年,匈牙利发明家IstvannyosJedlik发明了“第1一台带有电磁体和换向器的旋转电机。但是第1一台实用的电磁直流电机是莫里兹·赫尔曼·雅各比(Moritz Hermann Jacobi)于1834年发明的。雅各比的电机以每秒1英尺的速度举起1012磅的重物,大约是15瓦的机械功率。有趣的是雅各比在1835年写道:“他不是电磁电机的唯1一发1明者,他指出了BottoDal Negro发明的优先权。

电磁直流电机在1880年代首1次普及,当时直流电是主要动力,而当尼古拉·特斯拉(Nikola Tesla)在1889年发明电磁交流电机时,其用途将发生根本改变。交流电机仅由固定的定子和转子两部分组成,比电磁直流电机更简单。

固定的定子提供了旋转的电磁场,而连接到输出轴的转子通过旋转的磁场得到了转矩。磁场是由两个或多个彼此不同步的交流电产生的,被称为多相系统。特斯拉的交流电机提供了简单性,但它具有可控制性和可操作性问题,使直流电机无法保持稳定存在在工业上应用了数十年。随着高能量永磁体的发展即将到来,永磁电机的春天正在接近。

永磁电机的回归

直到二十世纪,永磁材料仅1限天1然存在的磁铁矿,通常称为磁铁矿。在本世纪初,在发现新型磁性材料(例如碳,钴和钨钢)时,世界看到了可以说是一种复兴。但是,这些第1一批新的磁性材料的质量仍然很低。直到Alinco磁铁的发展,世界上才有可以用于许多应用的高1品质磁铁,并为永磁电机的回归还打开了大门。

1930年代进行了广泛的研究之后,在铁溶液中大量添加铝,镍和钴会产生通过常规铸锭生产的高1效,商业上可行的粉末冶金。它们被称为Alnico磁铁,比任何矿石都强100倍。1950年代,出现了铁氧体永磁体,并用于小型家用电器的电机。在1960年代,当发明了稀土金属(sa)和钴的化合物时,永磁体在电机中的广泛使用又迈出了重要的一步。

这些永磁材料本身很重要,它们被1980年代钕铁硼永磁体的发明所掩盖,其产生的能量更高,并且比稀有的钴更普遍。直到1970年代,才出现了无刷永磁体。直流电机开始在市场上出现,延迟的原因不仅在于高能永磁电机的发展,还在于功率器件和电子控制器的发展,它们可以用电子换向代替机械换向。

未来:纳米复合永磁体

永磁电机的未来是什么?有证据表明,随着它们在新应用中的使用,它们的使用将继续增长。但是,在高能永磁体领域,正在出现新的创新,这些创新之一是纳米复合永磁体。这些磁体是人工构造的磁性结构(称为超材料),其通过制造小于微米的纳米结构硬/软相复合材料产生强永磁体。目前,它们被用于生物医学,磁性存储介质,磁性颗粒分离,传感器,催化剂和颜料。在未来,世界上可能会看到纳米复合磁性材料被用于下一代永磁电机。








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