什么是电动机

  • 自动化

  • 医疗.福利

  • 居住环境

  • 汽车

2020年6月18日

电动机通常叫做"电机",是用于将电流产生的电能转换成旋转运动等的机械能的装置。简单说,就是耗电从而获得动力的装置。

电机用电,使用方便而高效,作为驱动装置不但可以获得较高输出,而且由于其易于小型化,可以组装到各种装置和设备中,因此广泛应用于工业以及生活的各个领域。

电动机的原理

还记得在学校学过的"弗莱明的左手定则"吗?电机利用这个原理,当电流流过磁场里的线圈时,所产生的力使电机轴旋转。
下图的情形,当电流垂直于磁铁产生的磁场*的方向流过时,根据弗莱明的左手定则,会产生向上的力。

  • *
    磁场:磁力从N极到S极发生作用的空间。

电机旋转的机制

比如有刷DC电机*1,利用这个力,通过使用在线圈转动半圈时将电流切换到相反方向的机制(电刷和换向器*2),使电机轴连续旋转。

  • *1
    DC电机:使用直流电源的直流电机。
  • *2
    电刷和换向器:组合使用时,可以在每次电机轴旋转半圈时切换电流方向。

电动机诞生的背景

尽管许多19世纪的科学家都参与了电动机的发明和开发,但是其中影响较大的还要算法拉第(英)。他在1821年,成功完成了用电流产生的磁场和磁铁使导丝旋转的实验。并于之后的1831年,发现了电磁感应定则,为电动机和发电机的飞跃式发展创造了条件。

之后,人们研究了各种各样的原动机,出现了可以称为DC电机原型的机制。

最终,在1872年"发现"了而非"发明"了具有实用性的电动机。在维也纳世博会上,展出的一个发电机被错误地连接到另一台发电机上后开始旋转,这就证明了发电机的机制也可以用于电动机。后来,发电机的实际应用迅速普及,在20世纪支撑了众多工业的发展。

电动机和发电机

电动机将电能转换为旋转力等机械能,而发电机将机械能转换为电能。
也就是说,虽然这两种装置的功能相反,但是其结构和机制却大致相同。实际上,电动机可以直接作为发电机使用这一结论,通过连接两台模型用电机做个实验,可以很容易地的得到验证。
当然,这两种装置最初是因为用途不同,各自发展至今的。

电动机的分类

电动机(电机)根据电流的流动方式和线圈(绕组)的配备方式、磁场的产生方法等因素,具有多种形式,因此也有很多分类方法。
这里,我们对在工业和生活等熟悉的领域中较为常用的3种电机进行说明。

DC电机(直流电机)

由直流电源供电旋转的电机。根据电刷*1的有无,可以分类为有刷DC电机和无刷电机(BLDC)。
有刷DC电机只需连接直流电源就能旋转,无刷电机还需要配备用于检测转子*2磁极位置的传感器和用于产生适当电流的驱动电路(驱动器)

  • *1
    电刷:与换向器组合使用的零件。
  • *2
    转子:电机旋转的部分。也就是电机轴。

AC电机(交流电机)

由交流电源供电旋转的电机。使用的交流电源根据单相*1、三相*2分类。
进一步的,单相电机还可以分为使用电容*3以获得旋转力的电容电机和使用叫做罩极线圈*4的辅助线圈(绕组)的罩极电机。

  • *1
    单相:主要用于一般家用的交流电机。
  • *2
    三相:主要用于工业领域的交流电机。
  • *3
    电容:储存电能的电子零件。
  • *4
    罩极线圈:在部分定子铁芯上卷绕的短路线圈。

步进电机

根据脉冲信号*1,以恒定的旋转角度间歇旋转的电机。包括使用磁铁做转子*2的PM型*3和使用铁芯的VR型*4、组合使用磁铁和铁芯的混合型。

  • *1
    脉冲信号:反复开关电源产生的信号。
  • *2
    转子:电机旋转的部分。也就是电机轴。
  • *3
    PM型:Permanent Magnet Type的缩写。也就是永磁式。
  • *4
    VR型:Variable Reluctance Type的缩写。使用齿轮状铁芯,可以精细设置旋转角度。

电动机分类的总结

下表汇总了上述3种电机的特点。

电机的分类 电机的种类 结构 驱动方法
转子 定子
DC电机(直流电机) 有刷DC电机 绕组
换向器
磁铁
电刷
由直流电源供电工作
无刷电机 磁铁 绕组
位置检测元件
需要直流电源和驱动电路
AC电机(交流电机) 单相鼠笼式感应电动机电容电机 铁芯
绕组 由单相交流电源供电工作。
需要电容
单相鼠笼式感应电动机罩极电机 铁芯
绕组
罩极线圈
由单相交流电源供电工作。
需要电容
三相鼠笼式感应电动机 铁芯
三相绕组 由单相交流电源供电工作
步进电机 PM型(永磁式) 磁铁 绕组 需要直流电源和驱动电路
VR型(可变磁阻反应式) 铁芯 绕组 需要直流电源和驱动电路
混合型(混合式) 磁铁
铁芯
绕组 需要直流电源和驱动电路

另外,除上述电机以外,还有下列种类的电机

电机的种类 特点
直线电机 做直线运动
超声波电机 利用超声波振动驱动
无铁芯电机 转子上没有铁芯的有刷DC电机和定子上没有铁芯的无刷电机
交直流两用电机 转子和定子双方均有绕组,交流直流两用
磁滞电机 转子使用磁滞材料的AC电机,利用磁滞力矩旋转
SR电机 在VR型步进电机上配备转子位置检测功能,以防止失步

电机的用途

电机的用途十分广泛,这里仅对信浓绢丝提供的无刷DC电机和步进电机适用于哪些领域进行介绍。

无刷DC电机的用途

无刷DC电机具有小型、高功率、低振动且低噪音、长寿命等特点,广泛应用于空调设备(空调、空气净化器等)、住宅设备、冰箱、热水器、自动贩卖机、复印机、打印机、投影仪、商业设备、测量仪器、汽车、医疗设备等领域的多种用途。

  • 空调设备
  • 金融终端(ATM)、找零机、货币兑换机、售票机
  • 住宅设备
  • 无尘室
  • 热水器、燃烧器单元
  • 光学产品
  • 自动贩卖机
  • 打印机
  • 冷冻、冷藏展示柜
  • 复印机
  • 保健设备
  • 商业设备

步进电机的用途

步进电机的停止精度较高,中低速时的扭矩较高,响应性敏锐,因此适用于各种需要高精度控制的驱动系统的动力源。

  • 制造装置
  • 光盘驱动器(Blu-ray/DVD等)
  • 医疗设备
  • 激光打印机
  • 分析设备
  • 数码相机
  • ATM
  • 空调导风板
  • 自动贩卖机
  • 游戏装置
  • 售票机
  • 复印机
  • 机器人

通过电机解决客户的课题

关于ASPINA的电机,我们不仅提供电机单体,还提供从驱动、控制系统到机构设计的系统产品。
我们提供从试生产到量产以及售后支持的一系列服务。
我们将按照各种行业、用途、客户产品所需的功能和性能,配合客户的生产体制,提供最佳方案。

我们不仅为已有明确需要和要求规格的客户提供服务,也为遇到下列各种困难的客户提供从开发到量产的支持,敬请垂询。

不知道需要什么样的电机

  • "尚在新产品开发的初期阶段,还没有制作具体的规格和设计图。但是为了加速未来的开发进程,希望得到一些电机方面的建议。"
  • "公司里没有精通电机的专家,缺乏实现理想操作所需的电机知识。"

电机及其周边部分的综合设计太难了

  • "我们想把自己公司的资源投入到产品企划和核心技术的设计开发中。除此以外的电机及其周边部分的设计开发业务,有没有哪家公司能够全包下来?"
  • "修改电机就不得不修改其他机构零件的设计,这可能需要很多工时和精力。"

现有产品中没有符合用途的产品

  • "我们想找到根据本公司产品设计的定制电机,但是被合作的电机制造商拒绝了。"
  • "我们想要精密控制电机,但是现有电机不支持,是不是只能放弃呢?"

请不吝垂询。