磁阻電機(jī)是一種將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的電動(dòng)機(jī)。它利用定子和轉(zhuǎn)子磁阻不均勻而產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩工作，轉(zhuǎn)子是由鐵磁性材料以及非鐵磁性材料組成，轉(zhuǎn)子沒有永久磁鐵，也沒有繞組，是結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單的電機(jī)之一。
磁阻電機(jī)包括轉(zhuǎn)子和定子兩部分，轉(zhuǎn)子是由一系列鐵芯簇焊構(gòu)成的，之間沒有繞組也沒有永磁體。定子則是由兩個(gè)極對(duì)繞組構(gòu)成，由交流電源供電。
磁阻電機(jī)的工作原理是基于磁阻和皮效應(yīng)作用所產(chǎn)生的磁力偏置來帶動(dòng)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)。但是由于其不需要永磁體或額外的驅(qū)動(dòng)電路，因此具有良好的抗震和噪音特性，廣泛應(yīng)用于一些對(duì)噪聲和抗震要求較高的工業(yè)領(lǐng)域。包括機(jī)械自動(dòng)化、制造業(yè)、家電等領(lǐng)域。但其控制成本較高，且受頻率變化的限制，因此在特定應(yīng)用中，使用磁阻電機(jī)可能不是最佳選擇。
簡(jiǎn)介
主要是橫軸與縱軸磁導(dǎo)不同，依靠這種磁導(dǎo)的變化產(chǎn)生同步轉(zhuǎn)矩(亦稱磁阻力矩)維持電機(jī)以某一特定的同步轉(zhuǎn)速運(yùn)行。磁阻力矩的產(chǎn)生可用圖1中磁力線被扭斜的形象加以描述。
當(dāng)磁阻式同步電動(dòng)機(jī)定子和轉(zhuǎn)子的d軸與定子的磁極中心線重合時(shí)，磁力線和d軸平行通過氣隙，轉(zhuǎn)子。但當(dāng)轉(zhuǎn)子處于圖1(b)所示的位置時(shí)，磁力線被扭斜，而磁力線的閉合回路磁阻應(yīng)最小，所以產(chǎn)生一個(gè)切向力F，在切向力F的作用下，轉(zhuǎn)子沿逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，力求回到圖1(a)的狀態(tài)。當(dāng)定子為三相或二相或單相電容分相運(yùn)行時(shí)，在空間產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)相當(dāng)圖4.3-1中定子磁極N、S在空間旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子不動(dòng)則定子磁極和轉(zhuǎn)子之間必然出現(xiàn)圖1(b)所示的狀態(tài)，切向力F必然產(chǎn)生，所以在F作用下轉(zhuǎn)子沿旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)方向旋轉(zhuǎn)。
磁阻式同步電動(dòng)機(jī)定子結(jié)構(gòu)和普通的同步電機(jī)或異步電機(jī)相同，主要采用兩相繞組或單相電容分相啟動(dòng)或運(yùn)行的單相繞組。
所謂“磁阻最小原理”，即：“磁通量總是沿著磁阻最小的路徑閉合，從而產(chǎn)生磁拉力，進(jìn)而形成磁阻性質(zhì)的電磁轉(zhuǎn)矩”和“磁力線具有力圖縮短磁通路徑以減小磁阻和增大磁導(dǎo)的本性”。
結(jié)構(gòu)原則
在定子和轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，磁路的磁阻要有盡可能大的變化。所以，該電動(dòng)機(jī)的定、轉(zhuǎn)子均采用雙凸極結(jié)構(gòu)，并用硅鋼片疊制而成。在每個(gè)定子磁極上都裝有簡(jiǎn)單的集中繞組，并把徑向相對(duì)的兩個(gè)定子磁極上的繞組以串聯(lián)或并聯(lián)的方式構(gòu)成一相。在轉(zhuǎn)子上無任何繞組，也無永磁體。按照電動(dòng)機(jī)的相數(shù)，可分為奇數(shù)相和偶數(shù)相。按照電動(dòng)機(jī)的磁路結(jié)構(gòu)，可分為兩極型長(zhǎng)磁路結(jié)構(gòu)和四極型短磁路結(jié)構(gòu)。按照電動(dòng)機(jī)的通電勵(lì)磁模式，有單相勵(lì)磁和多相勵(lì)磁之分。
磁阻效應(yīng)
磁阻效應(yīng)是指電阻在磁場(chǎng)中增加的現(xiàn)象。磁阻效應(yīng)在半導(dǎo)體中尤為顯著。效應(yīng)的大小通常用電阻的改變量和電阻本身的比值來量度：
ρ和ρ分別為無磁場(chǎng)和有磁場(chǎng)時(shí)的電阻。一般來說，磁阻的大小與電流所沿的徑徑向電流和磁場(chǎng)的相對(duì)取向有關(guān)。電流和磁場(chǎng)互相垂直時(shí)的磁阻稱為橫向磁阻；而電流與磁場(chǎng)平行時(shí)則稱為縱向磁阻。
在磁場(chǎng)中，由于Lorentz力的作用，一般來說載流子的運(yùn)動(dòng)將發(fā)生偏轉(zhuǎn)，這是產(chǎn)生磁阻效應(yīng)的原因。但在等面為球形的簡(jiǎn)單能量帶的情形下，縱向磁阻為零。因?yàn)樵诖饲樾蜗拢?a href="/hebeideji/5964205992801312615.html">漂移速度與磁場(chǎng)平行。磁場(chǎng)的存在并不改變載流子的漂移運(yùn)動(dòng)，但橫向磁阻一般不為零。在橫向磁場(chǎng)下，作漂移運(yùn)動(dòng)的載流子同時(shí)受到Lorentz力和由Hall電場(chǎng)產(chǎn)生的靜電力的作用。這兩種力的作用在總體上相互抵消，使橫向電流為零。但在動(dòng)量弛豫時(shí)間依賴于能量的情形下，不同能量的載流子有不同的平均(漂移)速度，所受Lorentz力的大小并不相同。只是某一特定能量(平均速度)的載流子所受Lorentz力與靜電力完全抵消。高于和低于此能量(平均速度)者，所受合力分別指向相反的方向，使載流子的漂移運(yùn)動(dòng)向兩邊偏轉(zhuǎn)。這將導(dǎo)致減小，導(dǎo)致橫向磁阻效應(yīng)。但應(yīng)指出在簡(jiǎn)單能帶情形下，當(dāng)弛豫時(shí)間與能量無關(guān)時(shí)，橫向磁阻為零。
永磁電機(jī)
是磁阻電機(jī)的另一種形式。它與普通磁阻電機(jī)的區(qū)別在于，在每個(gè)電機(jī)齒上安裝有永磁體。電機(jī)運(yùn)行時(shí)當(dāng)定子和轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生的磁場(chǎng)與永磁體磁場(chǎng)方向相同時(shí)，磁場(chǎng)可以從齒部流通。而當(dāng)定子繞組產(chǎn)生的磁場(chǎng)與永磁體磁場(chǎng)相反時(shí)，齒的內(nèi)部形成了回路，磁場(chǎng)無法通過齒部。這樣就好像是磁路的開關(guān)，因此得名。開關(guān)磁阻電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)在于，電機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩將由于存在永磁體而增大。但每一個(gè)周期，永磁體的功率都為0。即永磁體并不提供能量，而且這種電機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)將有所增加。
直流電機(jī)
直流電機(jī)（directcurrentmachine）是指能將直流電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能（直流電動(dòng)機(jī)）或?qū)C(jī)械能轉(zhuǎn)換成直流電能（直流發(fā)電機(jī)）的旋轉(zhuǎn)電機(jī)。它是能實(shí)現(xiàn)直流電能和機(jī)械能互相轉(zhuǎn)換的電機(jī)。當(dāng)它作為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)是直流電動(dòng)機(jī)，將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)是直流發(fā)電機(jī)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。
直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)應(yīng)由定子和轉(zhuǎn)子兩大部分組成。直流電機(jī)運(yùn)行時(shí)靜止不動(dòng)的部分稱為定子，定子的主要作用是產(chǎn)生磁場(chǎng)，由機(jī)座、主磁極、換向極、端蓋、軸承和碳刷裝置等組成。運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)的部分稱為轉(zhuǎn)子，其主要作用是產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩和感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，是直流電機(jī)進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換的樞紐，所以通常又稱為電樞，由轉(zhuǎn)軸、電樞鐵心、電樞繞組、換向器和風(fēng)扇等組成。
直流發(fā)電機(jī)是把機(jī)械能轉(zhuǎn)化為直流電能的機(jī)器。它主要作為直流電動(dòng)機(jī)、電解、電鍍、電冶煉、充電及交流發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電源等所需的直流電機(jī)。雖然在需要直流電的地方，也用電力整流元件，把交流電轉(zhuǎn)換成直流電，但從某些工作性能方面來看，交流整流電源還不能完全取代直流發(fā)電機(jī)。
直流電動(dòng)機(jī)是將直流電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的轉(zhuǎn)動(dòng)裝置。電動(dòng)機(jī)定子和轉(zhuǎn)子提供磁場(chǎng)，直流電源向轉(zhuǎn)子的繞組提供電流，換向器使轉(zhuǎn)子電流與磁場(chǎng)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩保持方向不變。根據(jù)是否是否配置有常用的電刷-換向器可以將直流電動(dòng)機(jī)分為兩類，包括有刷直流電動(dòng)機(jī)和無刷直流電動(dòng)機(jī)。
無刷直流電機(jī)是近幾年來隨著微處理器技術(shù)的發(fā)展和高開關(guān)頻率、低功耗新型電力電子器件的應(yīng)用，以及控制方法的優(yōu)化和低成本、高磁能級(jí)的永磁材料的出現(xiàn)而發(fā)展起來的一種新型直流電動(dòng)機(jī)。
無刷直流電機(jī)既保持了傳統(tǒng)直流電機(jī)良好的調(diào)速性能又具有無滑動(dòng)接觸和換向火花、可靠性高、使用壽命長(zhǎng)及噪聲低等優(yōu)點(diǎn)，因而在航空航天、數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人、fcv、計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備和家用電器等方面都獲得了廣泛應(yīng)用。
按照供電方式的不同，無刷直流電機(jī)又可以分為兩類：方波無刷直流電動(dòng)機(jī)，其反電勢(shì)波形和供電電流波形都是矩形波，又稱為矩形波永磁同步電動(dòng)機(jī)；正弦信號(hào)無刷直流電動(dòng)機(jī)，其反電勢(shì)波形和供電電流波形均為正弦波。
交流電機(jī)
“交流電機(jī)”是用于實(shí)現(xiàn)機(jī)械能和交流電能相互轉(zhuǎn)換的機(jī)械。由于交流電力系統(tǒng)的巨大發(fā)展，交流電機(jī)已成為最常用的電機(jī)。交流電機(jī)與直流電機(jī)相比，由于沒有換向器（見直流電機(jī)的換向），因此結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，比較牢固，容易做成高轉(zhuǎn)速、高電壓、大電流、大容量的電機(jī)。交流電機(jī)功率的覆蓋范圍很大，從幾瓦到幾十萬千瓦、甚至上百萬千瓦。20世紀(jì)80年代初，最大的汽輪發(fā)電機(jī)已達(dá)150萬千瓦。交流電機(jī)是由美籍塞爾維亞裔科學(xué)家尼古拉·特斯拉發(fā)明的。
用單相電容式電機(jī)說明：?jiǎn)蜗嚯姍C(jī)有兩個(gè)繞組，即起動(dòng)繞組和運(yùn)行繞組。兩個(gè)繞組在空間上相差90度。在起動(dòng)繞組上串聯(lián)了一個(gè)容量較大的電容器，當(dāng)運(yùn)行繞組和起動(dòng)繞組通過單相交流電時(shí)，由于電容器作用使起動(dòng)繞組中的電流在時(shí)間上比運(yùn)行繞組的電流超前90度角，先到達(dá)最大值。在時(shí)間和空間上形成兩個(gè)相同的脈沖磁場(chǎng)，使定子和轉(zhuǎn)子與轉(zhuǎn)子之間的氣隙中產(chǎn)生了一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，在旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的作用下，電機(jī)轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生感應(yīng)電流，電流與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)互相作用產(chǎn)生電磁場(chǎng)轉(zhuǎn)矩，使電機(jī)旋轉(zhuǎn)起來。
參考資料 >
磁阻電機(jī)的工作原理 磁阻電機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn).電子工程世界.2024-03-02
特斯拉研發(fā)下一代電機(jī)燃爆A股，格力電器被曝早有布局.21世紀(jì)經(jīng)濟(jì)報(bào)道.2024-03-03