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:1445
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，但是与我们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，使其与我们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1一批发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Istvan（nyos）Jedlik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10到12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Botto和Dal 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限于天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。
在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。
