電機(jī)，也稱電動(dòng)機(jī)（俗稱馬達(dá)），是指依據(jù)電磁感應(yīng)定律實(shí)現(xiàn)電能的轉(zhuǎn)換或傳遞的一種電磁裝置。其主要作用是產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)扭矩，作為電器或各種機(jī)器的動(dòng)力源。電動(dòng)機(jī)廣泛應(yīng)用的動(dòng)力來自DC汽車的出現(xiàn)。1870年，比利時(shí)工程師格拉姆發(fā)明了這種實(shí)用的機(jī)器并大量制造，隨后不斷提高電動(dòng)機(jī)的效率。另一個(gè)電機(jī)研究單位德國西門子公司也在努力研究。幾乎在格拉姆成功的同時(shí)，西門子推出了電力機(jī)車，在柏林工業(yè)展上贏得了不少掌聲。

交流電機(jī)的發(fā)明是由美國發(fā)明家特斯拉完成的。最早的交流電機(jī)是根據(jù)電磁感應(yīng)原理設(shè)計(jì)的。它的結(jié)構(gòu)比DC汽車簡(jiǎn)單，也比只能在有軌電車上使用的DC汽車應(yīng)用更廣泛。它的發(fā)明使電機(jī)真正進(jìn)入家用電器領(lǐng)域。交流電動(dòng)機(jī)問世之后，同步電動(dòng)機(jī)、串激電動(dòng)機(jī)、交流換向器電動(dòng)機(jī)等也逐步被人們發(fā)明出來，并投入實(shí)際生產(chǎn)，為人們的生活提供更多的便利。電動(dòng)機(jī)的發(fā)明和應(yīng)用對(duì)人類意義重大，可以說給人類生活帶來了翻天覆地的變化。

一、電動(dòng)機(jī)的分類

1.1 電動(dòng)機(jī)的分類

電動(dòng)機(jī)按工作電源類型劃分：可分為DC電動(dòng)機(jī)和交流電動(dòng)機(jī)。

根據(jù)結(jié)構(gòu)和工作原理，DC電機(jī)可分為無刷DC電機(jī)和有刷DC電機(jī)。

有刷DC電機(jī)可分為永磁DC電機(jī)和電磁DC電機(jī)。

電磁電機(jī)分為串勵(lì)DC電機(jī)、并勵(lì)DC電機(jī)、他勵(lì)DC電機(jī)和復(fù)合勵(lì)磁DC電機(jī)。

永磁DC電機(jī)分為稀土永磁DC電機(jī)、鐵氧體永磁DC電機(jī)和鋁鎳鈷永磁DC電機(jī)。其中，交流電機(jī)又可分為同步電機(jī)和異步電機(jī)。

同步電機(jī)可分為永磁同步電機(jī)、磁阻同步電機(jī)和磁滯同步電機(jī)。

異步電動(dòng)機(jī)可分為感應(yīng)電動(dòng)機(jī)和交流換向器電動(dòng)機(jī)。感應(yīng)電機(jī)可分為：

三相異步電動(dòng)機(jī)、單相異步電動(dòng)機(jī)和罩極異步電動(dòng)機(jī)等。

換向器電機(jī)可分為單相串勵(lì)電機(jī)、交流/DC兩用電機(jī)和推斥電機(jī)。

二、分類電機(jī)的特點(diǎn)及應(yīng)用場(chǎng)合

2.1直流電動(dòng)機(jī)

DC電機(jī)是一種依靠DC工作電壓運(yùn)行的電機(jī)。廣泛應(yīng)用于錄音機(jī)、錄像機(jī)、DVD播放機(jī)、電動(dòng)剃須刀、吹風(fēng)機(jī)、電子表、玩具等。

2.1.1無刷直流電動(dòng)機(jī)

無刷DC電機(jī)采用半導(dǎo)體開關(guān)器件實(shí)現(xiàn)電子換向，即電子開關(guān)器件取代了傳統(tǒng)的接觸換向器和電刷。具有可靠性高、無倒車火花、機(jī)械噪音低的優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于高檔錄音座椅、錄像機(jī)、電子儀器、自動(dòng)化辦公設(shè)備中。

無刷DC電機(jī)由永磁轉(zhuǎn)子、多極繞組定子和位置傳感器組成。位置傳感器根據(jù)轉(zhuǎn)子位置的變化，按照一定的順序?qū)Χㄗ永@組的電流進(jìn)行換向(即檢測(cè)轉(zhuǎn)子磁極相對(duì)于定子繞組的位置，在確定的位置產(chǎn)生位置傳感器信號(hào)，經(jīng)信號(hào)轉(zhuǎn)換電路處理后控制功率開關(guān)電路，按照一定的邏輯關(guān)系切換繞組電流)。定子的工作電壓由位置傳感器輸出控制的電子開關(guān)電路提供。

有三種類型的傳感器：磁傳感器、光電傳感器和電磁傳感器。

帶磁位置傳感器的無刷DC電機(jī)，其磁傳感器器件(如霍爾元件、磁二極管、磁二極管、磁電阻或ASIC等。)安裝在定子組件上，用于檢測(cè)永磁體和轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的磁場(chǎng)變化。

帶光電位置傳感器的無刷DC電機(jī)在定子總成的一定位置裝有光電傳感器，轉(zhuǎn)子裝有遮光板，光源為L(zhǎng)ED或小燈泡。當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，由于遮光板的作用，定子上的光敏元件會(huì)間歇地產(chǎn)生一定頻率的脈沖信號(hào)。

帶電磁位置傳感器的無刷DC電機(jī)裝有電磁傳感器元件(如耦合變壓器、接近開關(guān)、LC諧振電路等。)在定子組件上。當(dāng)永磁轉(zhuǎn)子的位置改變時(shí)，電磁效應(yīng)將導(dǎo)致電磁傳感器產(chǎn)生高頻調(diào)制信號(hào)(其幅度變化w

永磁DC電機(jī)也是由定子磁極、轉(zhuǎn)子、電刷、外殼等組成。定子磁極采用鐵氧體、鋁鎳鈷、釹鐵硼等材料制成的永磁體(永磁鋼)。按其結(jié)構(gòu)可分為圓柱型和瓦型。錄像機(jī)用的電大部分是圓柱形磁鐵，而電動(dòng)工具和汽車電器用的電機(jī)大部分用的是特殊的塊狀磁鐵。

一般來說，轉(zhuǎn)子由層壓硅鋼片制成，槽比電磁DC電機(jī)的轉(zhuǎn)子少。錄像機(jī)用的小功率電機(jī)大多是3槽，高檔一點(diǎn)的是5槽或者7槽。漆包線纏繞在轉(zhuǎn)子鐵芯的兩個(gè)槽之間(三個(gè)槽有三個(gè)繞組)，漆包線的每個(gè)接頭焊接在換向器的金屬片上。電刷是連接電源和轉(zhuǎn)子繞組的導(dǎo)電部件，兼具導(dǎo)電性和耐磨性。永磁電機(jī)的電刷采用單金屬片或金屬石墨電刷和電化學(xué)石墨電刷。

錄像機(jī)中使用的永磁DC電機(jī)采用電子穩(wěn)速電路或離心穩(wěn)速裝置。

2.1.2永磁式直流電動(dòng)機(jī)

電磁DC電機(jī)電磁DC電機(jī)由定子磁極、轉(zhuǎn)子(電樞)、換向器(俗稱換向器)、電刷、機(jī)殼、軸承等組成。

電磁DC電機(jī)的定子極(主極)由鐵芯和勵(lì)磁繞組組成。根據(jù)勵(lì)磁方式的不同(舊標(biāo)準(zhǔn)稱為勵(lì)磁)，可分為串勵(lì)DC電機(jī)、并勵(lì)DC電機(jī)、他勵(lì)DC電機(jī)和復(fù)合勵(lì)磁DC電機(jī)。由于勵(lì)磁方式不同，定子磁極的磁通(由定子磁極的勵(lì)磁線圈產(chǎn)生)的規(guī)律也不同。

DC系列電機(jī)的勵(lì)磁繞組通過電刷和換向器與轉(zhuǎn)子繞組串聯(lián)。勵(lì)磁電流與電樞電流成正比，定子磁通隨勵(lì)磁電流的增大而增大，轉(zhuǎn)矩近似與電樞電流的平方成正比，轉(zhuǎn)速隨轉(zhuǎn)矩或電流的增大而迅速下降。其起動(dòng)轉(zhuǎn)矩可達(dá)額定轉(zhuǎn)矩的5倍以上，短時(shí)過載轉(zhuǎn)矩可達(dá)額定轉(zhuǎn)矩的4倍以上，變速率大，空載轉(zhuǎn)速很高(一般不允許空載運(yùn)行)。調(diào)速可以通過外接電阻與串聯(lián)繞組串聯(lián)(或并聯(lián))實(shí)現(xiàn)，也可以通過串聯(lián)繞組并聯(lián)實(shí)現(xiàn)。

并勵(lì)DC電機(jī)的勵(lì)磁繞組與轉(zhuǎn)子繞組并聯(lián)，勵(lì)磁電流恒定。起動(dòng)轉(zhuǎn)矩與電樞電流成正比，起動(dòng)電流約為額定電流的2.5倍。轉(zhuǎn)速隨電流和轉(zhuǎn)矩的增加而略有下降，短時(shí)過載轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的1.5倍。速度變化率較小，在5%到15%之間?？梢酝ㄟ^削弱磁場(chǎng)的恒定功率來調(diào)整速度。

他勵(lì)DC電機(jī)的勵(lì)磁繞組由獨(dú)立的勵(lì)磁電源供電，勵(lì)磁電流恒定，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩與電樞電流成正比。速度變化也是5%~15%?？梢酝ㄟ^削弱磁場(chǎng)的恒定功率來提高轉(zhuǎn)速，或者通過降低轉(zhuǎn)子繞組的電壓來降低轉(zhuǎn)速。

復(fù)合DC電機(jī)的定子極除并聯(lián)繞組外，還裝有與轉(zhuǎn)子繞組串聯(lián)的串聯(lián)繞組(匝數(shù)較少)。串聯(lián)繞組產(chǎn)生的磁通量的方向與主繞組的方向相同。起動(dòng)轉(zhuǎn)矩約為額定轉(zhuǎn)矩的4倍，短時(shí)過載轉(zhuǎn)矩約為額定轉(zhuǎn)矩的3.5倍。速度變化率為25%~30%(與串繞有關(guān))?？梢酝ㄟ^減弱磁場(chǎng)強(qiáng)度來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。

2.1.3電磁式直流電動(dòng)機(jī)

2.2交流電動(dòng)機(jī)

同步電機(jī)是一種恒速驅(qū)動(dòng)電機(jī)，其轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與工頻保持恒定的比例關(guān)系，廣泛應(yīng)用于電子儀器、現(xiàn)代辦公設(shè)備、紡織機(jī)械等。

2.2.1 交流同步電動(dòng)機(jī)

永磁同步電機(jī)屬于異步起動(dòng)永磁同步電機(jī)，其磁場(chǎng)系統(tǒng)由一塊或多塊永磁體組成，通常在鑄鋁或銅條焊接而成的籠型轉(zhuǎn)子中，按所需極數(shù)嵌有永磁磁極。定子的結(jié)構(gòu)類似于異步電動(dòng)機(jī)。

當(dāng)定子繞組通電時(shí)，電機(jī)開始根據(jù)

磁阻同步電機(jī)磁阻同步電機(jī)又稱反應(yīng)式同步電機(jī)，是利用交軸和直軸轉(zhuǎn)子的不相等磁阻產(chǎn)生磁阻轉(zhuǎn)矩的同步電機(jī)。其定子結(jié)構(gòu)與異步電機(jī)相似，但轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)不同。

2.2.1.1永磁同步電動(dòng)機(jī)

同一個(gè)籠型異步電機(jī)進(jìn)化而來。為了使電機(jī)產(chǎn)生異步起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)子還裝有籠型鑄鋁繞組。轉(zhuǎn)子上設(shè)有與定子極數(shù)(只有凸極，沒有勵(lì)磁繞組和永磁體)相對(duì)應(yīng)的反作用槽，產(chǎn)生磁阻同步轉(zhuǎn)矩。根據(jù)轉(zhuǎn)子上反應(yīng)槽的結(jié)構(gòu)不同，可分為內(nèi)反應(yīng)式轉(zhuǎn)子、外反應(yīng)式轉(zhuǎn)子和內(nèi)外反應(yīng)式轉(zhuǎn)子，其中外反應(yīng)式轉(zhuǎn)子的反應(yīng)槽開在轉(zhuǎn)子的外圓上，使其直軸和交軸方向的氣隙不同。內(nèi)反作用轉(zhuǎn)子上有凹槽，阻擋了跨軸磁通，增加了磁阻。內(nèi)外反作用轉(zhuǎn)子綜合了上述兩種轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，直軸和交軸的差別較大，使得電機(jī)的力和能量更大。磁阻電機(jī)又分為單相電容運(yùn)行型、單相電容起動(dòng)型、單相雙值電容型等。

2.2.1.2磁阻同步電動(dòng)機(jī)

磁滯電機(jī)是利用磁滯材料產(chǎn)生磁滯轉(zhuǎn)矩的同步電機(jī)。分為內(nèi)轉(zhuǎn)子式磁滯同步電機(jī)、外轉(zhuǎn)子式磁滯同步電機(jī)和單相包極式磁滯同步電機(jī)。

內(nèi)轉(zhuǎn)子磁滯同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)是一個(gè)隱藏的磁極，具有光滑的圓柱形外觀。轉(zhuǎn)子上沒有繞組，但在鐵芯的外圓有一個(gè)由磁滯材料制成的環(huán)形有效層。

定子通電后，產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)使磁滯轉(zhuǎn)子產(chǎn)生異步轉(zhuǎn)矩開始旋轉(zhuǎn)，然后將自己拉入同步運(yùn)行。電機(jī)異步運(yùn)行時(shí)，定子的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)以轉(zhuǎn)差頻率反復(fù)磁化轉(zhuǎn)子；同步運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)子上的磁滯材料被磁化，出現(xiàn)永久磁極，從而產(chǎn)生同步轉(zhuǎn)矩。

2.2.1.3磁滯同步電動(dòng)機(jī)

交流異步電動(dòng)機(jī)是運(yùn)行在領(lǐng)先交流電壓下的電動(dòng)機(jī)，廣泛應(yīng)用于電風(fēng)扇、冰箱、洗衣機(jī)、空調(diào)、吹風(fēng)機(jī)、吸塵器、抽油煙機(jī)、洗碗機(jī)、電動(dòng)縫紉機(jī)、食品加工機(jī)等家用電器，以及各種電動(dòng)工具和小型機(jī)電設(shè)備。

電機(jī)的速度(轉(zhuǎn)子速度)小于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的速度，所以稱為異步電機(jī)。它基本上和感應(yīng)電機(jī)一樣。s=(ns-n)/ns .s是轉(zhuǎn)差率，ns是磁場(chǎng)速度，n是轉(zhuǎn)子速度。

2.2.2 交流異步電動(dòng)機(jī)

(1)三相異步電動(dòng)機(jī)接入三相交流電源時(shí)，三相定子繞組流過三相對(duì)稱電流產(chǎn)生的三相磁動(dòng)勢(shì)(定子旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì))，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。

(2)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子導(dǎo)體有相對(duì)切割運(yùn)動(dòng)。根據(jù)電磁感應(yīng)原理，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電流。

(3)根據(jù)電磁力定律，載流轉(zhuǎn)子導(dǎo)體在磁場(chǎng)中受到電磁力的作用，形成電磁轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。當(dāng)電機(jī)軸承受機(jī)械負(fù)載時(shí)，會(huì)向外輸出機(jī)械能。

基本原理：

單相異步電動(dòng)機(jī)由定子、轉(zhuǎn)子、軸承、機(jī)殼、端蓋等組成。

它由定子框架和帶繞組的鐵芯組成。鐵芯由硅鋼片沖壓疊壓成槽而成，槽內(nèi)嵌有兩組相隔90電角度的主繞組(也叫運(yùn)行繞組)和輔助繞組(也叫起動(dòng)繞組形成輔助繞組)。主繞組接交流電源，輔助繞組串聯(lián)離心開關(guān)S或起動(dòng)電容和運(yùn)行電容，再接電源。

所述轉(zhuǎn)子為籠式鑄鋁轉(zhuǎn)子，其特征在于，鐵芯疊壓后用鋁澆鑄在鐵芯的槽內(nèi)，端環(huán)一起澆鑄，這樣轉(zhuǎn)子

2.2.2.1 單相異步電動(dòng)機(jī)

磁極電機(jī)是單向交流電機(jī)中最簡(jiǎn)單的一種，通常采用籠型斜槽鑄鋁轉(zhuǎn)子。根據(jù)定子形狀和結(jié)構(gòu)的不同，可分為凸極罩極電機(jī)和隱極罩極電機(jī)。

凸極罩極電機(jī)的定子鐵芯是一個(gè)帶有凸出磁極的方形、矩形或圓形磁場(chǎng)框架，每個(gè)磁極有一個(gè)或多個(gè)短路銅環(huán)，即罩極繞組。凸極上的集中繞組用作主繞組。

隱極包覆電機(jī)的定子鐵芯與普通單相電機(jī)相同。其定子繞組采用分布繞組，主繞組分布在定子槽內(nèi)。包覆極繞組不是短路銅環(huán)，而是繞成分布繞組(串聯(lián)后自行短路)，嵌在定子槽內(nèi)(約占總槽數(shù)的2/3)，起輔助組的作用。主繞組和屏蔽繞組在空間上成一定角度。

當(dāng)罩極電機(jī)的主繞組通電時(shí)，罩極繞組也會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，使定子磁極有蓋部分和無蓋部分的磁通向有蓋部分方向旋轉(zhuǎn)。