上海电机展|浅谈电机行业


1. 上海电机展浅谈电机定义及组成

电机是一种利用电与磁相互作用从而实现能量转换与传递的机械电磁装置。广义的电机包括电动机、发电机和特种电机。电动机从电系统吸收电能,向机械系统输出机械能,各类型的电机广泛应用于我国经济生产各部门以及家用电器中,主要作为驱动各种机械设备的动力;发电机从机械系统吸收机械能,向电系统输出电能,发电机和相关设备的技术进步,使人们能够利用热能、水能、核能以及风能、太阳能、生物质能等能源发电,向国民经济各部门和广大城乡居民提供所需电能;特种电机主要是指使用环境、生产工艺、技术标准等比较特殊而区别于普通电机的电机。

从结构上来看,不同类型电机结构虽然不同,但一般都是由三大部分组成,即固定部分、转动部分和辅助部分。固定部分主要由定子机座、机架、定子铁心、定子绕组、端盖及底板等导磁、导电和支撑固定等结构部件组合;电机的转动部分包括转轴、转子铁心、转子支架、转子绕组、集电环、换向器和风扇等部件;辅助部分包括轴承、电刷和冷却器等。

2. 上海电机展浅谈电机分类

电机分为动力电机和控制电机。动力电机包含旋转电机和直线电机。

2.1直流电机与交流电机

旋转电机可以分为直流电机和交流电机。

(1)直流电机

1)有刷直流电机

有刷电机又称直流电机或碳刷电机,常说的直流电机就是指有刷直流电机,它采用机械换向,外部磁极不动内部线圈(电枢)动,换向器和转子线圈一起旋转,电刷和磁铁都不动,于是换向器和电刷摩擦摩擦,完成电流方向的切换。

有刷直流电机具备扭力高、结构简单容易维护(即换碳刷)、便宜的优点,同时也具有机械换向产生的火花引起换向器和电刷摩擦、电磁干扰、噪声大、寿命短;可靠性差、故障多,需要经常维护;由于换向器存在,限制了转子惯量,限制了最高转速,影响了动态性能的缺点。直流有刷电机被广泛应用于电动玩具车、电风扇、汽车座椅、印刷机械等方面。

永磁电机是一种使用永磁体作为励磁源的电机,由于永磁体本身具有持久性,因此不需要二外的电源供给,具有体积小、重量轻、效率高等优点。应用场景主要有工业自动化领域的自动化生产线、CNC数控机床等设备,用于提高设备准确性、响应速度及稳定性;汽车工业领域的驱动电机、制动系统、电动风扇等,降低能量损失、延长电池寿命;家用电力领域的空调、洗衣机、吸尘器等;动力工具领域的手持电钻、磨削机等。

串励直流电机的励磁绕组与电枢绕组串联后,再接于直流电源。类似这样的直流电机的励磁电流即为电枢电流。

并励直流电机的励磁绕组与电枢绕组相并联。并励发电机和并励电动机不同的点是,前者由电机本身发出的端电压为绕组供电,但后者励磁绕组与电枢共用同一电源。

他励直流电机的励磁绕组与电枢绕组无联接关系,而由其他直流电源对励磁绕组供电的直流电机并称为他励直流电机。他励直流电动机从性能上讲与并励电动机相同。

复励直流电机有并励和串励两个励磁绕组。根据其串励绕组产生的磁通势与并励绕组产生的磁通势的方向是否相同可以区分复励方式,方向相同称为积复励,两个磁通势方向相反,则称为差复励。

2)无刷直流电机

无刷电机在某些领域也称直流变频电机(BLDC),由于无刷电机无需使用电刷或换向器即可实现换向,所以采用电子换向(霍尔传感器)检测永磁体位置,引导电流流过驱动器根据检测到的磁极位置绕组。永磁铁可以在线圈外部也可以在线圈内部,于是有了外转子无刷电机和内转子无刷电机之分。无刷电机构造与永磁同步电机相同。不过,单个的无刷电机不是一套完整的动力系统,无刷基本必须通过无刷控制器也就是电调的控制才能实现连续不断的运转。真正决定其使用性能的还是无刷电子调速器(也就是电调)。无刷电机的驱动电流一般有两种,方波和正弦波。前一种可以称为直流无刷电机,而后一种属于交流伺服电机。

(2)交流电机

1)三相交流异步电机

三相交流电机分为同步电机和异步电机,同步电机多用于发电机,异步电机多用于电动机。三相异步电机主要有鼠笼式和绕线式两种。电机的外壳是定子,三相定子绕组(各相差120度电角度),通入三相交流电后,将产生一个旋转磁场,该旋转磁场切割转子绕组来发电。异步电机的转子闭合线圈切割旋转磁场,最终变成一个电磁铁,将跟随定子磁场旋转,所以转子的转速必然小于定子的旋转磁场,这样才能切割磁感线。即转子的异步转速小于同步转速,转子与定子磁场存在转速差,所以称之为异步电机。

2)三相交流同步电机

如果让转子速度等于定子磁场旋转速度,就成为了同步电机,此时就需要把定子变成一个电磁铁或永磁铁,即给定子通电,此时不需要再切割磁感线就能旋转,旋转速度与磁场旋转速度相同,即形成同步电机。同步电机转子结构比异步电机复杂,价格高,在生产生活中应用不如异步电机广泛,主要用作发电机上,现在火电站,水电站、汽轮机、水轮机基本都是同步电机。

国内大部分车商和国外部分车商都采用永磁同步电动机作为驱动的核心。电机主要由定子、转子以及机械结构组成。

稀土资源是永磁材料的原材料,而国外稀土矿属于极为稀缺资源,但中国拥有的稀土资源占全球总储量的70%以上,是世界著名的“稀土