为了应对“化石燃料不足”的未来时代,电机正在作为新的动力系统,被广泛应用在从汽车到供暖的诸多行业中。传统电机的基本原理很好理解,即磁场驱动轴,那么您知道它究竟是如何工作的吗?
在本篇文章中,埃马克将通过 5 组问答为您进行详细讲解。
1. 电机的驱动力有什么特别?
其基本思想非常简单,就是电磁学原理:当电流流过导体时,导体周围会形成环形磁场。电动机的设计者正是利用了这一效应。电机内部有一个固定的部件(定子),其内又有一个移动的磁性部件(转子)。电流流经定子的各个部分,并产生所提到的磁场,从而使(同样具有磁性的)转子保持连续运动。由于磁场的方向取决于电流的方向,因此磁场的极性可以快速反转。当然,在使用不同电流,如直流电、交流电还是三相电流时,这种方法也有不同的版本。
直流电机原理示意图
(图片来源:MichaelFrey, CC BY-SA 3.0 ,MichaelFrey, CC BY-SA 3.0 , https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0, via Wikimedia Commons)
2. 电机是由谁发明的?
要回答这个问题并不容易,因为如今功能齐全的电机是一连串创新的集合体。其中一个里程碑是迈克尔-法拉第于1821年发现的电磁旋转。在一次实验中,他成功地使电流通过的导体在永磁体的影响下运动起来。随后,多位科学家开发出了各种电机的前身。第一个实用模型可以追溯到德裔俄罗斯物理学家莫里茨-赫尔曼-冯-雅各比。1838年9月13日,他的电机推动一艘电动船在圣彼得堡的涅瓦河上行驶。起初,它仅以每小时2.5公里的速度行驶了7.5公里。后来,这位物理学家将电动机的输出功率提高到每小时4公里。
3. 电动汽车有什么特别之处吗?
首先要注意的是,电动汽车主要采用交流电机,因为直流电机的效率较低,功率密度也较低。在汽车中,也有异步电机和同步电机之分。在前者中,通过感应磁化的转子位于定子的磁场中,转子磁场落后于定子磁场。因此,两者并不同步,这种电机变体就被称为"异步电机"。它有两大优点,首先,它的设计相对简单;其次,它可以简单地断电,然后无阻力地移动。
相反,在同步电机中,转子和定子的磁场总是同步移动。电动汽车也采用了这种原理,尽管它比异步电机效率更高。有些制造商会在转子中使用永久磁铁,包括稀土,这就增加了成本。不过,也有不使用永久磁铁的同步电机。
4. 电机的未来发展会怎样?
显而易见,电动交通是许多不同领域的未来趋势,例如火车或轮船。未来能否用电力驱动飞机,这个问题也尤为引人关注,全球多所大学都正在对此进行深入探究。有一点是肯定的:飞机发动机只不过是速度极快、功率极大的风扇,完全可以实现电力驱动。然而,目前所需的电机仍然非常大。因此,研究人员正在研究体积更小的新一代电子驱动器。
5. 什么对汽车生产很重要?
对于汽车生产来说,转子、定子或电机外壳等核心部件需要极高的精度,同时,它们的数量也在大幅增加。因此,生产计划人员正在寻找 "来自单一来源 "的创新解决方案,以更高效、可靠地加工这些部件。
开放式电机定子视图
埃马克通过 ELC 机床在市场上树立了榜样:在这台机床中,紧凑地集成了转子轴的压装、连接、清洁和焊接的多道工艺,其转台系统更确保了极佳的节拍时间。
转子轴需要高精度的表面。因此,最后一步总是磨削工序
组装好的转子轴还需要经过焊接工序,将两半部件连接在一起