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永磁電機的前生今世和未來?

2021-05-26  來自: 電機應用與技術 瀏覽次數:190


永磁電機的前生今世和未來?


如今,電機市場充斥著永磁電機,永磁無刷電機的增長率超過100%是正?,F象,而不僅僅是運氣,永磁電機的增長速度將持續很長時間。第1一臺電機發明數十年后,永磁電機才開始實際應用,第1一批電機使用了條形磁鐵。不幸的是,這些磁鐵的質量很差,以至于第1一臺永磁電機在工業上是不切實際的。這種局限性為眾多發1明者提供了試驗各種尺寸,形狀,構造和材料的磁體的平臺,造就了當今永磁電機中使用的強大而緊湊的磁體。

永磁體:第1一臺電機

旋轉電機(后來稱為電機)早發1明者在設計中使用了永磁體,但是與我們今天所認識的電機比較,這些“機器”其實不是電機。邁克爾·法拉第(Michael Faraday)是新興的電力和電磁學領域的早的實驗者之一,他制造了旋轉電機,被稱為第1一臺電機。

法拉第運用漢斯·克里斯蒂安·奧斯特(Hans Christian Oersted)的想法“通過電流產生磁場”,以及實驗者威廉·沃拉斯頓(William Wollaston)的方法,他利用磁體使載流導線在軸上旋轉,法拉第建造了一個實驗室模型,將電能轉換為機械(旋轉)運動。該模型使用固定和旋轉的永磁體,并將其導線連接到一碗汞和一個電池上。當電池連接到電線時,電流在電路中流動,產生的電磁場與永磁體相互作用產生扭矩并引起機械運動。

法拉第(Faraday)發明“電機”之后,其他發1明者迅速采取了改進措施,使其與我們今天所知的電機更加相似。1882年,彼得·巴洛(Peter Barlow)發明了一種紡車輪子,稱為巴洛(Barlow)輪子,當輪子放低直到輻條浸入水銀而在接線柱上施加電壓時,該輪子引起了機械運動。

電磁體:永磁電機的歷史停頓

電機的第1一發1明者很早就知道永磁電機就其實際應用而言具有嚴格的限制, 1882年,電工約翰·厄克特(John Urquhart)在其關于電機的論文中寫道:“當電機械在施加大量能量時,建議用電磁體代替永磁體。當裝有電磁體代替永磁體時,電機可顯著提高功率。而且,電機的尺寸和重量可以大大減小,成本要低得多,并且機器能夠將更大的電流轉化為機械效應。

英國發明家威廉·斯特金(William Sturgeon)在1825年被認為是第1一個電磁體的發1明者。幾年后,在1827年,匈牙利發明家IstvannyosJedlik發明了“第1一臺帶有電磁體和換向器的旋轉電機。但是第1一臺實用的電磁直流電機是莫里茲·赫爾曼·雅各比(Moritz Hermann Jacobi)于1834年發明的。雅各比的電機以每秒1英尺的速度舉起1012磅的重物,大約是15瓦的機械功率。有趣的是雅各比在1835年寫道:“他不是電磁電機的唯1一發1明者,他指出了BottoDal Negro發明的優先權。

電磁直流電機在1880年代首1次普及,當時直流電是主要動力,而當尼古拉·特斯拉(Nikola Tesla)在1889年發明電磁交流電機時,其用途將發生根本改變。交流電機僅由固定的定子和轉子兩部分組成,比電磁直流電機更簡單。

固定的定子提供了旋轉的電磁場,而連接到輸出軸的轉子通過旋轉的磁場得到了轉矩。磁場是由兩個或多個彼此不同步的交流電產生的,被稱為多相系統。特斯拉的交流電機提供了簡單性,但它具有可控制性和可操作性問題,使直流電機無法保持穩定存在在工業上應用了數十年。隨著高能量永磁體的發展即將到來,永磁電機的春天正在接近。

永磁電機的回歸

直到二十世紀,永磁材料僅1限天1然存在的磁鐵礦,通常稱為磁鐵礦。在本世紀初,在發現新型磁性材料(例如碳,鈷和鎢鋼)時,世界看到了可以說是一種復興。但是,這些第1一批新的磁性材料的質量仍然很低。直到Alinco磁鐵的發展,世界上才有可以用于許多應用的高1品質磁鐵,并為永磁電機的回歸還打開了大門。

1930年代進行了廣泛的研究之后,在鐵溶液中大量添加鋁,鎳和鈷會產生通過常規鑄錠生產的高1效,商業上可行的粉末冶金。它們被稱為Alnico磁鐵,比任何礦石都強100倍。1950年代,出現了鐵氧體永磁體,并用于小型家用電器的電機。在1960年代,當發明了稀土金屬(sa)和鈷的化合物時,永磁體在電機中的廣泛使用又邁出了重要的一步。

這些永磁材料本身很重要,它們被1980年代釹鐵硼永磁體的發明所掩蓋,其產生的能量更高,并且比稀有的鈷更普遍。直到1970年代,才出現了無刷永磁體。直流電機開始在市場上出現,延遲的原因不僅在于高能永磁電機的發展,還在于功率器件和電子控制器的發展,它們可以用電子換向代替機械換向。

未來:納米復合永磁體

永磁電機的未來是什么?有證據表明,隨著它們在新應用中的使用,它們的使用將繼續增長。但是,在高能永磁體領域,正在出現新的創新,這些創新之一是納米復合永磁體。這些磁體是人工構造的磁性結構(稱為超材料),其通過制造小于微米的納米結構硬/軟相復合材料產生強永磁體。目前,它們被用于生物醫學,磁性存儲介質,磁性顆粒分離,傳感器,催化劑和顏料。在未來,世界上可能會看到納米復合磁性材料被用于下一代永磁電機。








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