一个电动马达是一个电机，其将电能变成机械能最电动机通过电动机的之间的相互作用操作磁场和电流在绕线中的形式来产生力的转矩施加在电动机的轴上电动机可由直流(DC)电源供电，例如来自电池或整流器，或由交流(AC) 电源供电，例如电网、逆变器或发电机一台发电机 在机械上与电动机相同，但以反向动力运行，将机械能转换为电能，今天小编就来说说关于电动机参数都有哪些?下面更多详细答案一起来看看吧!

电动机参数都有哪些（电动机概念一）

电动机参数都有哪些

一个电动马达是一个电机，其将电能变成机械能。最电动机通过电动机的之间的相互作用操作磁场和电流在绕线中的形式来产生力的转矩施加在电动机的轴上。电动机可由直流(DC)电源供电，例如来自电池或整流器，或由交流(AC) 电源供电，例如电网、逆变器或发电机。一台发电机 在机械上与电动机相同，但以反向动力运行，将机械能转换为电能。

电动机可以根据电源类型、内部结构、应用和运动输出类型等考虑因素进行分类。除了 AC 与 DC 类型之外，电机可以是有刷或无刷的，可以是不同相的（参见单相、两相或三相），并且可以是风冷或液冷的。具有标准尺寸和特性的通用电机为工业用途提供方便的机械动力。最大的电动机用于船舶推进、管道压缩和抽水蓄能额定功率达到 100 兆瓦的应用。电动机用于工业风扇、鼓风机和泵、机床、家用电器、电动工具和磁盘驱动器。电动手表中可能有小型电机。在某些应用中，例如在再生制动与牵引电动机，电动机可在反向被用作发电机，以回收能量，否则可能会被作为热量损失和摩擦。

电动机产生线性或旋转力（扭矩）以推动某些外部机构，例如风扇或电梯。电动机通常设计为连续旋转，或与其尺寸相比在相当长的距离内进行线性运动。电磁螺线管也是将电能转换为机械运动的换能器，但只能在有限的距离内产生运动。

电动机比工业和运输中使用的其他原动机内燃机(ICE)效率高得多；电动机的效率通常超过 95%，而 ICE 的效率远低于 50%。它们也很轻，体积更小，机械结构更简单，制造成本更低，可以在任何速度下提供即时和一致的扭矩，可以使用可再生能源产生的电力运行，并且不会将碳排放到大气中。由于这些原因，电动机正在取代运输和工业中的内燃机，尽管它们在车辆中的使用目前受到高成本和电池重量的限制，这些电池可以提供足够的充电间隔。

内容

感应电机定子剖视图。

历史[编辑]

主条目：电动机的历史

早期电机[编辑]

法拉第的电磁实验，1821 [1]

在现代电磁电机之前，人们研究了通过静电力工作的实验电机。第一个电动机是简单的静电装置，在 1740 年代苏格兰僧侣安德鲁戈登和美国实验者本杰明富兰克林的实验中描述。[2] [3]它们背后的理论原理，库仑定律，由亨利·卡文迪什于 1771年发现但未发表。该定律是由查尔斯-奥古斯丁·德库仑于 1785 年独立发现的，他发表了它，因此现在为人所知用他的名字。[4] 由于难以产生所需的高电压，静电电机从未用于实际用途。

亚历山德罗·沃尔特( Alessandro Volta)于 1799 年发明的电化学电池[5]使产生持续电流成为可能。Hans Christian Ørsted于 1820 年发现电流会产生磁场，该磁场可以对磁铁施加力。André-Marie Ampère仅用了几周时间就开发出电磁相互作用的第一个公式并提出了安培力定律，该定律描述了通过电流和磁场的相互作用产生机械力。[6] Michael Faraday首次演示了旋转运动效果1821 年。将一根自由悬挂的电线浸入水银池中，水银池上放置了永磁体 (PM)。当电流通过导线时，导线围绕磁铁旋转，表明电流在导线周围产生了一个封闭的圆形磁场。[7]这种马达经常在物理实验中得到证明，用盐水代替（有毒）汞。巴洛轮是法拉第演示的早期改进，尽管这些和类似的单极电机直到本世纪后期仍然不适合实际应用。

Jedlik的“电磁自转子”，1827 年（布达佩斯应用艺术博物馆）。历史悠久的电机今天仍然可以完美运行。[8]

James Joule于 1842 年赠送给Kelvin的电动机，格拉斯哥亨特博物馆

1827 年，匈牙利 物理学家 Ányos Jedlik开始试验电磁线圈。在杰德利克发明换向器解决了连续旋转的技术问题后，他将他的早期装置称为“电磁自转子”。尽管它们仅用于教学，但在 1828 年 Jedlik 展示了第一个包含实用直流电机的三个主要部件的设备：定子、转子和换向器。该设备不使用永磁体，因为固定和旋转部件的磁场完全由流经其绕组的电流产生。[9] [10][11] [12] [13] [14] [15]

直流电机[编辑]

主条目：直流电机

第一换向器 能够转动机械的直流电动机是英国科学家威廉·斯特金于 1832年发明的。 [16]继斯特金的工作之后，美国发明家托马斯·达文波特和他的妻子艾米丽·达文波特制造了一种换向器型直流电动机， [17]他于 1837 年申请了专利。电机的转速高达每分钟 600 转，并为机床和印刷机提供动力。[18]由于原电池电力的高成本，马达在商业上不成功并且破产了达文波特。几位发明家跟随 Sturgeon 开发直流电机，但都遇到了相同的电池成本问题。因为没有当时有配电系统，这些电机没有出现实际的商业市场。[19]

在使用相对较弱的旋转和往复装置进行许多其他或多或少的成功尝试后，普鲁士/俄罗斯人Moritz von Jacobi于 1834 年 5 月创造了第一台真正的旋转电动机。它开发了非凡的机械输出功率。他的发动机创造了世界纪录，四年后的 1838 年 9 月，雅可比改进了这项记录。[20]他的第二台发动机的动力足以驱动一艘载有 14 人的船穿过一条宽阔的河流。也是在 1839/40 年，其他开发人员设法制造出性能相似但性能更高的电机。

1855 年，Jedlik 使用与他的电磁自旋翼中使用的原理类似的原理制造了一种能够进行有用工作的装置。[9] [15]同年，他制造了一辆电动汽车模型。[21]

一个重要的转折点出现在 1864 年，当时安东尼奥·帕西诺蒂( Antonio Pacinotti)首次描述了环形电枢（尽管最初设想的是直流发电机，即发电机）。[6]这具有对称分组的线圈，它们自身闭合并连接到换向器的条形件，其电刷提供几乎无波动的电流。[22] [23]第一个商业上成功的直流电机跟随Zénobe Gramme的发展，他在 1871 年重新发明了 Pacinotti 的设计并采用了Werner Siemens 的一些解决方案。

直流电机的一个好处来自于电机可逆性的发现，这一发现由西门子于 1867 年宣布，帕西诺蒂于 1869 年观察到。[6]格莱姆在1873 年的维也纳世界博览会上偶然证明了这一点，当时他将两台相距最远 2 公里的直流设备连接起来，其中一台用作发电机，另一台用作电动机。[24]

1872 年，Siemens & Halske的Friedrich von Hefner-Alteneck引入滚筒转子以取代 Pacinotti 的环形电枢，从而提高了机器效率。[6] 次年，Siemens & Halske 引入了叠片转子，从而降低了铁损并增加了感应电压。1880 年，Jonas Wenström为转子提供了用于容纳绕组的槽，进一步提高了效率。

1886 年，弗兰克·朱利安·斯普拉格( Frank Julian Sprague)发明了第一台实用的直流电机，这是一种在可变负载下保持相对恒定速度的无火花装置。大约此时的其他 Sprague 电气发明极大地改善了电网配电（托马斯·爱迪生（Thomas Edison）之前所做的工作），允许电动机的电力返回电网，通过架空电线和电车杆向电车配电并提供电力操作的控制系统。这使 Sprague 能够使用电动机于 1887-88 年在弗吉尼亚州里士满发明第一个电动手推车系统、1892 年的电动电梯和控制系统，以及具有独立供电中控车的电动地铁。后者于 1892 年由南侧高架铁路在芝加哥首次安装，在那里它被普遍称为“ L ”。Sprague 的电机和相关发明引起了人们对工业电机的兴趣和使用。由于未能认识到转子和定子之间气隙的极端重要性，效率可接受的电动机的开发被推迟了几十年。高效设计具有相对较小的气隙。[25] [一]圣路易斯电机长期以来在课堂上用于说明电机原理，但出于同样的原因，效率极低，而且看起来与现代电机完全不同。[26]

电动机彻底改变了工业。工业过程不再受使用线轴、皮带、压缩空气或液压的动力传输的限制。相反，每台机器都可以配备自己的动力源，在使用点提供轻松控制，并提高动力传输效率。应用于农业的电动机消除了人类和动物在处理谷物或抽水等任务中的肌肉力量。电动机的家庭用途（如洗衣机、洗碗机、风扇、空调和冰箱（替代冰盒））减少了家庭中的繁重劳动，并提高了便利性、舒适性和安全性的标准。今天，电动机消耗了美国生产的电能的一半以上。[27]

交流电机[编辑]

主条目：交流电机

1824 年，法国物理学家弗朗索瓦·阿拉戈( François Arago)提出了旋转磁场的存在，称为阿拉戈旋转，通过手动打开和关闭开关，沃尔特·贝利 (Walter Baily) 在 1879 年证明了实际上是第一个原始感应电机。[28] [29] [30] [31]在 1880 年代，许多发明者试图开发可工作的交流电机[32]，因为交流电机在长距离高压传输方面的优势被交流电机无法运行所抵消。

第一台交流无换向器感应电机由伽利略·法拉利于 1885年发明。法拉利于 1886 年通过生产更先进的装置改进了他的第一个设计。[33] 1888 年，都灵皇家科学院发表了法拉利的研究，详细介绍了电机操作的基础，同时得出结论，“基于该原理的设备不能作为电机具有任何商业重要性”。[31] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [过度引用]

可能的工业发展由构想尼古拉·特斯拉，谁在1887年发明了他的独立感应电动机并在5月1888年获得了专利。同年，特斯拉提出了他的论文的新系统交流电机和变压器的AIEE所描述三项专利两相四定子极电机类型：一种是四极转子构成非自启动磁阻电机，另一种是绕线转子构成自启动感应电机，第三种是真正的同步电机，分别带有转子绕组的励磁直流电源。然而，特斯拉于 1887 年提交的一项专利也描述了一种短路绕组转子感应电机。乔治威斯汀豪斯已经从法拉利那里获得了权利（1000 美元），迅速购买了特斯拉的专利（60000 美元加上每售出 2.50 美元，支付到 1897 年），[33]聘请特斯拉开发他的电机，并指派CF Scott帮助特斯拉; 然而，特斯拉在 1889年离开了其他追求。[31] [39] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [ 53] [过度引用]发现恒速交流感应电机不适合街车，[32]但西屋公司的工程师于 1891 年成功地将其改装为科罗拉多州特柳赖德的采矿作业。[54] [55] [56] 西屋电气于 1892 年实现了其第一台实用感应电机，并于 1893 年开发了一系列多相 60 赫兹感应电机，但这些早期的西屋电机是带有绕线转子的两相电机。BG Lamme后来开发了一种旋转棒式绕线转子。[46]

米哈伊尔·多利沃-多布罗沃尔斯基坚定推进三相发展，1889 年发明了三相感应电动机，包括带启动变阻器的笼型转子和绕线转子，1890 年发明了三臂变压器。在 AEG 和 Maschinenfabrik Oerlikon 之间，Doliwo-Dobrowolski 和Charles Eugene Lancelot Brown开发了更大的模型，即一个 20 马力的鼠笼和一个 100 马力的带启动变阻器的绕线转子。这是第一批适用于实际操作的三相异步电动机。[33]自 1889 年以来，Wenström 开始了类似的三相机械开发。在 1891 年法兰克福国际电工展上，成功展示了第一个长距离三相系统。它的额定电压为 15 kV，距离内卡河上的劳芬瀑布超过 175 公里。劳芬电站包括一台 240 千瓦 86 伏 40 赫兹交流发电机和一台升压变压器，而在展览中，一台降压变压器为一台 100 马力的三相感应电机供电，为人工瀑布供电，代表了原厂的转移能量源。[33] 三相感应现在用于绝大多数商业应用。[57] [58] 米哈伊尔·多利沃-多布罗沃尔斯基声称特斯拉的电机因为两相脉动不实用，这促使他坚持他的三相工作。[59]

在通用电气公司于1891年开始研制的三相异步电动机[46]到1896年，通用电气公司和西屋公司签署了吧绕组转子设计了交叉授权协议，后来被称为笼型转子。[46]源自这些发明和创新的感应电机改进使得 100马力感应电机目前与 1897 年的 7.5 马力电机具有相同的安装尺寸。[46]

组件[编辑]

电动机转子（左）和定子（右）

在电气方面，电机由两个相对运动的部件组成，它们共同形成一个磁路：[60]

这些部件之一安装在定子上，即电机固定在机架上的固定部分，另一个安装在转子上，即转动的部分。励磁磁铁通常在定子上，电枢在转子上，但在某些类型的电机中，它们是相反的。

在机械上，电机由这些部分组成

转子[编辑]

主条目：转子（电动）

在电动机中，运动部件是转子，它转动轴以提供机械动力。转子通常有导体放置在其中以承载电流，定子的磁场在其上施加力以转动轴。或者，一些转子带有永磁体，定子保持导体。

定子和转子之间必须有气隙才能转动。间隙的宽度对电机的电气特性有显着影响。它通常尽可能地小，因为大的差距对性能有很大的负面影响。它是电机运行时功率因数低的主要来源。的磁化电流的增加，并与空气间隙的功率因数降低，所以窄的间隙也较好。除了噪音和损耗之外，非常小的间隙可能会造成机械问题。

轴承[编辑]

转子由轴承支撑，轴承允许转子绕其轴线转动。轴承又由电机外壳支撑。电机轴通过轴承延伸到电机外部，在那里施加负载。因为负载的力施加在最外面的轴承之外，所以称负载为悬臂式。[61]

定子[编辑]

主条目：定子

定子是电机围绕转子的电磁回路的固定部分，通常由场磁体组成，场磁体是由绕铁磁铁芯或永磁体的绕线组成的电磁体。它产生一个穿过转子电枢的磁场，对绕组施加力。定子铁芯由许多彼此绝缘的薄金属片组成，称为叠片。叠片用于减少使用实心芯时会导致的能量损失。用于洗衣机和空调的树脂封装电机利用树脂（塑料）的阻尼特性来降低噪音和振动。这些电机完全用塑料封装定子。[62]

凸极转子

绕组[编辑]

主条目：电磁线圈

绕组是绕成线圈的导线，通常缠绕在层压软铁磁芯上，以便在通电时形成磁极。

电机有两种基本的磁极配置：凸极配置和非凸极配置。在凸极电机中，转子和定子上的铁磁芯具有相互面对的称为极的突起，在极面下方的每个极周围都有一根导线，当电流流过导线时，它们成为磁场的北极或南极. 在非凸极或分布式磁场或圆转子电机中，铁磁芯没有突出的磁极，而是一个光滑的圆柱体，绕组围绕圆周均匀分布在槽中。绕组中的交流电在铁芯中产生连续旋转的磁极。[63]阿罩极电机 在极的一部分周围有一个绕组，可以延迟该极的磁场相位。

一些电机的导体由较厚的金属组成，例如金属条或金属片，通常是铜，或者铝。这些通常由电磁感应供电。

换向器[编辑]

主条目：换向器（电动）

真空吸尘器通用电机中的换向器。零件：(A)换向器，(B)电刷

甲换向器是旋转式电气开关，在某些电机供给电流在转子上。它由一个圆柱体组成，该圆柱体由机器旋转电枢上的多个金属接触段组成。两个或多个称为“电刷”的电触点由软导电材料（如碳）压在换向器上，在换向器旋转时与换向器的连续部分滑动接触，为转子提供电流。转子上的绕组连接到换向器片。换向器周期性地反转电流每半圈 (180°) 转子绕组中的方向，因此定子磁场施加在转子上的扭矩始终处于相同方向。[64] [65] 如果没有这种电流反转，每个转子绕组上的扭矩方向将随着每半圈反转，因此转子将停止。换向器效率低下，换向电机大多被无刷直流电机、永磁电机和感应电机取代。

电机供电和控制[编辑]电机供应[编辑]

如上所述，直流电机通常通过开口环换向器供电。交流电机的换向可以采用滑环换向器或外部换向器来实现，可以是定速或变速控制型，也可以是同步型或异步型。通用电机可以在交流或直流上运行。

电机控制[编辑]

直流电机可以通过调整施加到端子的直流电压或使用脉宽调制(PWM)以可变速度运行。

以固定速度运行的交流电机通常直接从电网或通过电机软启动器供电。

以可变速度运行的交流电机由各种功率逆变器、变频驱动器或电子换向器技术供电。

术语电子换向器通常与自换向无刷直流电机和开关磁阻电机应用相关联。

类型[编辑]

电动机根据三个不同的物理原理运行：磁性、静电和压电。

在磁电机中，磁场在转子和定子中形成。这两个场之间的乘积会产生一个力，从而在电机轴上产生一个扭矩。这些场中的一个或两个必须随着转子的旋转而改变。这是通过在正确的时间打开和关闭电线杆，或改变电线杆的强度来完成的。

主要类型是直流电机和交流电机，[66]后者取代了前者。[需要引用]

交流电动机是异步的或同步的。[67]

一旦启动，同步电机需要在所有正常扭矩条件下与移动磁场的速度同步。

在同步电机中，磁场必须通过感应以外的方式提供，例如来自他励绕组或永磁体。

甲分马力电机或者具有低于约1马力（0.746千瓦）的评级，或用标准帧尺寸比标准1个HP马达较小制造。许多家用和工业电机都属于小马力级别。

笔记：

缩写：

自换向电机[编辑]有刷直流电机[编辑]

主条目：直流电机

根据定义，所有自换向直流电机都使用直流电源运行。大多数直流电机是小型永磁 (PM) 类型。它们包含有刷的内部机械换向，以与旋转同步反转电机绕组的电流。[77]

电激励直流电机[编辑]

主条目：有刷直流电动机

带有两极转子和永磁定子的有刷电动机的工作原理。（“N”和“S”表示磁铁内表面的极性；外表面具有相反的极性。）

换向直流电机具有一组绕在安装在旋转轴上的电枢上的旋转绕组。轴还带有换向器，这是一种持久的旋转电气开关，可在轴旋转时周期性地反转转子绕组中的电流。因此，每个有刷直流电机都有交流电流过其旋转绕组。电流流过装在换向器上的一对或多对电刷；电刷将外部电源连接到旋转电枢。

旋转电枢由一个或多个绕在层压的、磁性“软”铁磁芯上的线圈组成。来自电刷的电流流过换向器和电枢的一个绕组，使其成为临时磁铁（电磁铁）。电枢产生的磁场与永磁体或另一个绕组（励磁线圈）产生的固定磁场相互作用，作为电机框架的一部分。两个磁场之间的力倾向于使电机轴旋转。当转子转动时，换向器将电源切换到线圈，防止转子的磁极与定子磁场的磁极完全对齐，这样转子就不会停止（就像罗盘指针那样），而是继续旋转只要通电。

经典换向器直流电机的许多局限性是由于需要将电刷压在换向器上。这会产生摩擦。当电刷穿过换向器部分之间的绝缘间隙时，电刷通过转子线圈接通和断开电路会产生火花。根据换向器设计，这可能包括电刷在穿过间隙时将相邻部分（从而线圈末端）短时间短接在一起。此外，转子线圈的电感会导致每个转子线圈的电压在其电路打开时升高，从而增加电刷的火花。这种火花会限制机器的最大速度，因为过快的火花会使换向器过热、腐蚀甚至熔化。电刷单位面积的电流密度，结合它们的电阻率，限制了电机的输出。电触点的接通和断开也会产生电噪声；火花产生RFI。电刷最终会磨损并需要更换，而换向器本身也会受到磨损和维护（大型电机）或更换（小型电机）。大型电机上的换向器组件是一个昂贵的元件，需要对许多零件进行精密组装。在小型电机上，换向器通常永久集成到转子中，因此更换它通常需要更换整个转子。

虽然大多数换向器是圆柱形的，但有些是由安装在绝缘体上的几个段（通常至少三个）组成的扁平圆盘。

较大的电刷接触面积需要大电刷以最大化电机输出，但小电刷需要小质量以最大化电机运行的速度，而电刷不会过度弹跳和产生火花。（小电刷也可用于降低成本。）更硬的电刷弹簧也可用于使给定质量的电刷以更高的速度工作，但代价是更大的摩擦损失（更低的效率）以及加速电刷和换向器的磨损。因此，直流电机电刷设计需要在输出功率、速度和效率/磨损之间进行权衡。

DC 机器定义如下：[78]

A：分流器 B：系列 C：复合 f = 励磁线圈

有刷直流电机有五种类型：

永磁直流电机[编辑]

主条目：永磁电动机

PM（永磁）电机在定子框架上没有励磁绕组，而是依靠 PM 提供磁场，转子磁场与该磁场相互作用以产生扭矩。与电枢串联的补偿绕组可用于大型电机，以改善负载下的换向。由于该字段是固定的，因此无法为速度控制进行调整。PM场（定子）在微型电机中很方便，可以消除励磁绕组的功耗。大多数较大的直流电机是“发电机”型，具有定子绕组。从历史上看，如果拆卸 PM，它们就无法保持高通量；励磁绕组更实用，以获得所需的磁通量。然而，大型 PM 成本高昂，而且危险且难以组装；这有利于大型机器的伤口区域。

为了尽量减少整体重量和尺寸，微型永磁电机可能使用由钕或其他重要元素制成的高能磁铁；大多数是钕铁硼合金。由于具有更高的磁通密度，具有高能 PM 的电机至少可以与所有优化设计的单馈同步和感应电机竞争。微型电机类似于插图中的结构，不同之处在于它们至少有三个转子磁极（以确保启动，无论转子位置如何），并且它们的外壳是一根钢管，通过磁力连接弯曲磁场磁铁的外部。

电子换向器 (EC) 电机[编辑]无刷直流电机[编辑]

主条目：无刷直流电动机

BLDC 设计消除了有刷直流电机的一些问题。在该电机中，机械“旋转开关”或换向器被与转子位置同步的外部电子开关取代。BLDC 电机的效率通常为 85-90% 或更高。据报道，BLDC 电机的效率高达 96.5%，[79]而带电刷装置的直流电机的效率通常为 75-80%。

BLDC 电机的特征梯形反电动势(CEMF) 波形部分源自均匀分布的定子绕组，部分源自转子永磁体的放置。也称为电子换向直流或内向外直流电机，梯形 BLDC 电机的定子绕组可以是单相、两相或三相，并使用安装在绕组上的霍尔效应传感器进行转子位置感测和低成本闭合-电子换向器的回路控制。

BLDC 电机通常用于需要精确速度控制的场合，如计算机磁盘驱动器或盒式磁带录像机、CD、CD-ROM（等）驱动器中的主轴，以及办公产品中的机械装置，如风扇、激光打印机和复印机。与传统电机相比，它们有几个优点：

现代 BLDC 电机的功率范围从几分之一瓦到几千瓦不等。额定功率高达 100 kW 的较大型 BLDC 电机用于电动汽车。它们在高性能电动模型飞机中也有重要用途。

开关磁阻电机[编辑]

6/4极开关磁阻电机

主条目：开关磁阻电机

SRM 没有电刷或永磁体，转子没有电流。相反，扭矩来自转子上的磁极与定子上的磁极的轻微错位。转子将自身与定子的磁场对齐，而定子磁场绕组依次通电以旋转定子磁场。

励磁绕组产生的磁通量沿着磁阻最小的路径流动，这意味着磁通量将流过最靠近定子通电极的转子极，从而使转子的这些极磁化并产生扭矩。当转子转动时，不同的绕组将被通电，从而保持转子转动。

SRM 用于一些电器[80]和车辆。[81]

通用交流/直流电机[编辑]

主条目：通用电机

现代低成本通用电机，来自真空吸尘器。励磁绕组为深铜色，朝向背面，两侧。转子的叠片铁芯为灰色金属，带有用于缠绕线圈的深色槽。换向器（部分隐藏）因使用而变暗；它朝向前方。前景中的大型棕色模制塑料件支撑电刷导轨和电刷（两侧）以及前电机轴承。

换向电励磁串联或并联绕组电机被称为通用电机，因为它可以设计为在交流或直流电源上运行。通用电机可以在交流电下良好运行，因为磁场和电枢线圈中的电流（以及由此产生的磁场）将同步交替（极性相反），因此产生的机械力将沿恒定的旋转方向发生.

在正常电源线频率下运行，通用电机的功率范围通常小于1000 瓦。通用电机也构成了电气化铁路中传统铁路牵引电机的基础。在此应用中，使用交流电为最初设计为以直流电运行的电机供电将导致效率损失，因为涡流加热其磁性组件，特别是电机磁场极片，对于直流电，将使用固体（未层压）铁，现在很少使用。

通用电机的一个优点是交流电源可用于具有直流电机中更常见的一些特性的电机，特别是高启动扭矩和非常紧凑的设计（如果使用高运行速度）。不利的方面是换向器引起的维护和短寿命问题。此类电机用于食品搅拌机和电动工具等仅间歇性使用且通常具有较高启动扭矩要求的设备中。励磁线圈上的多个抽头提供（不精确的）步进速度控制。宣传多种速度的家用搅拌机经常将一个带有多个抽头的励磁线圈和一个可以与电机串联插入的二极管组合在一起（使电机在半波整流交流电下运行）。通用电机也适用于电子速度控制因此，它是家用洗衣机等设备的理想选择。通过相对于电枢切换励磁绕组，电机可用于搅动滚筒（正向和反向）。

尽管 SCIM 不能以超过电源线频率允许的速度转动轴，但通用电机可以以更高的速度运行。这使得它们可用于搅拌机、真空吸尘器和吹风机等需要高速和轻便的电器。它们也常用于便携式电动工具，如电钻、砂光机、圆锯和曲线锯，这些地方的电机特性很好。许多真空吸尘器和除草机电机的转速超过10,000 rpm，而许多类似的微型研磨机的转速超过30,000 rpm。

外部换向交流电机[编辑]

主条目：交流电机

交流感应和同步电机的设计针对单相或多相正弦或准正弦波形电源的运行进行了优化，例如从交流电网提供给定速应用或从 VFD 控制器提供给变速应用。交流电机由两部分组成：一个固定定子，其线圈提供交流电以产生旋转磁场，以及一个连接到输出轴的转子，该转子由旋转磁场提供扭矩。

感应电动机[编辑]

主条目：感应电机

大型 4,500 HP 交流感应电机。

笼式和绕线转子感应电动机[编辑]

感应电机是一种异步交流电机，通过电磁感应将功率传输到转子，很像变压器的作用。感应电机类似于旋转变压器，因为定子（静止部分）本质上是变压器的初级侧，而转子（旋转部分）是次级侧。多相感应电机广泛应用于工业。

感应电动机可进一步分为鼠笼式感应电动机和绕线转子感应电动机（WRIM）。SCIM 有一个由实心棒（通常是铝或铜）组成的重绕组，通过转子末端的环进行电气连接。如果仅将杆和环视为一个整体，它们很像动物的旋转运动笼，因此得名。

感应到该绕组中的电流提供转子磁场。转子棒的形状决定了速度-扭矩特性。在低速时，鼠笼中感应的电流几乎处于线路频率，并且倾向于在转子笼的外部。随着电机加速，滑差频率变低，绕组内部有更多电流。通过对棒进行整形以改变笼的内部和外部中绕组部分的电阻，有效地将可变电阻插入转子电路中。然而，大多数此类电机具有统一的杆。

在 WRIM 中，转子绕组由多匝绝缘线组成，并连接到电机轴上的滑环。转子电路中可以连接外部电阻器或其他控制装置。尽管外部电阻会消耗大量功率，但电阻器允许控制电机速度。转换器可以从转子电路馈电，并将原本会被浪费的转差频率功率通过逆变器或单独的电动发电机返回到电力系统中。

WRIM 主要用于启动高惯性负载或在整个速度范围内需要非常高启动转矩的负载。通过正确选择次级电阻或滑环启动器中使用的电阻器，电机能够以相对较低的电源电流从零速到全速产生最大扭矩。这种类型的电机还提供可控的速度。

由于连接到转子电路的电阻量有效地修改了电机的转矩曲线，因此可以改变电机速度。增加阻力值将降低最大扭矩的速度。如果连接到转子的电阻增加到超过零速时出现最大扭矩的点，则扭矩将进一步减小。

当与扭矩曲线随速度增加的负载一起使用时，电机将以电机产生的扭矩等于负载扭矩的速度运行。减少负载会使电机加速，增加负载会使电机减速，直到负载和电机转矩相等。以这种方式运行时，滑差损耗会耗散在次级电阻器中，并且可能非常显着。调速和净效率也很差。

扭矩马达[编辑]

主条目：扭矩马达

力矩电机是一种特殊形式的电动机，它可以在堵转时无限期运行，也就是说，转子被阻止转动，而不会造成损坏。在这种操作模式下，电机将向负载施加稳定的扭矩（因此得名）。

力矩电机的常见应用是磁带驱动器中的供带盘和收带盘电机。在此应用中，由低电压驱动，这些电机的特性允许将相对恒定的光张力施加到磁带上，无论主导轴是否将磁带送过磁带头。由更高的电压驱动（因此提供更高的扭矩），力矩电机还可以实现快进和倒带操作，而无需任何额外的机械装置，例如齿轮或离合器。在计算机游戏世界中，力矩电机用于力反馈方向盘。

另一种常见的应用是内燃机的节气门的控制发动机与电子调速器配合使用。在这种用法中，电机逆着复位弹簧工作，根据调速器的输出移动节气门。后者通过对来自点火系统或磁性拾波器的电脉冲进行计数来监控发动机速度，并根据速度对施加到电机的电流量进行小幅调整。如果发动机相对于所需速度开始减速，电流将增加，电机将产生更大的扭矩，拉动复位弹簧并打开节气门。如果发动机运转太快，调速器将减少施加到电机上的电流，导致复位弹簧拉回并关闭节气门。

同步电机[编辑]

主条目：同步电机

同步电动机是一种交流电动机，其特点是转子旋转，线圈以与交流电相同的速率通过磁铁并产生驱动它的磁场。另一种说法是它在通常的操作条件下具有零滑差。将其与感应电机形成对比，感应电机必须滑动才能产生扭矩。一种同步电机类似于感应电机，只是转子由直流场激励。滑环和电刷用于向转子传导电流。转子磁极相互连接并以相同的速度运动，因此得名同步电机。另一种用于低负载扭矩的类型将平面磨到传统的鼠笼式转子上以形成离散的磁极。还有一个，比如哈蒙德为其二战前的时钟制造的，以及在旧的哈蒙德风琴中，没有转子绕组和离散磁极。它不是自启动。时钟需要通过背面的小旋钮手动启动，而较旧的 Hammond 风琴有一个辅助启动电机，由弹簧加载的手动操作开关连接。

最后，磁滞同步电机通常（基本上）是两相电机，一相带有移相电容器。它们像感应电动机一样启动，但当滑差率充分降低时，转子（光滑的圆柱体）会暂时磁化。其分布式磁极使其像永磁同步电机 (PMSM) 一样工作。转子材料，就像普通钉子的材料一样，将保持磁化，但也可以很容易地退磁。运行后，转子磁极保持原位；它们不会漂移。

低功率同步计时电机（如传统电钟的电机）可能具有多极永磁外杯转子，并使用遮光线圈提供启动扭矩。Telechron时钟电机具有用于启动扭矩的阴影极，以及一个两辐环形转子，其性能类似于离散的两极转子。

双馈电机[编辑]

主条目：双馈电机

双馈电动机具有两个独立的多相绕组组，它们为能量转换过程提供有功（即工作）功率，其中至少一个绕组组以电子方式控制以进行变速操作。两个独立的多相绕组组（即双电枢）是在没有拓扑重复的单个封装中提供的最大值。双馈电机是具有有效恒定转矩速度范围的机器，对于给定的励磁频率，该速度范围是同步速度的两倍。这是单馈电机的恒转矩速度范围的两倍，单馈电机只有一个有源绕组组。

双馈电机允许使用更小的电子转换器，但转子绕组和滑环的成本可能会抵消电力电子元件的节省。控制速度接近同步限速应用的困难。[82]

特殊磁电机[编辑]旋转[编辑]无铁芯或无芯转子电机[编辑]

微型无芯电机

上述任何电机的原理都不需要转子的铁（钢）部分实际旋转。如果转子的软磁材料制成圆柱体形式，那么（磁滞效应除外）扭矩仅作用在电磁铁的绕组上。利用这一事实的是无芯或无铁心直流电机，这是永磁直流电机的一种特殊形式。[77]优化快速加速，这些电机的转子没有任何铁芯。转子可以采用绕组填充圆柱体的形式，或仅包括漆包线和接合材料的自支撑结构。转子可以安装在定子磁铁内；转子内的软磁固定圆柱体为定子磁通量提供返回路径。第二种布置具有围绕定子磁体的转子绕组篮。在该设计中，转子安装在一个软磁圆柱体中，该圆柱体可用作电机的外壳，同样为磁通提供返回路径。

由于转子的重量（质量）比由钢叠片上的铜绕组形成的传统转子轻得多，因此转子可以更快地加速，通常可以实现一毫秒以下的机械时间常数。如果绕组使用铝而不是较重的铜，则尤其如此。但是由于转子中没有金属块作为散热器，即使是小型无芯电机也经常必须通过强制空气冷却。过热可能是无芯直流电机设计的一个问题。现代软件，如Motor-CAD，可以帮助提高电机的热效率，同时仍处于设计阶段。

在这些类型中，有圆盘转子类型，将在下一节中进行更详细的描述。

手机的振动警报有时是由微小的圆柱形永磁场类型产生的，但也有盘形类型的，它们具有薄的多极盘式磁场磁铁，以及带有两个粘合无芯线圈的故意不平衡的模塑料转子结构。金属电刷和扁平换向器将电源切换到转子线圈。

相关的限程致动器没有磁芯，并且在高通量薄永磁体的磁极之间放置了一个粘合线圈。这些是用于刚性磁盘（“硬盘”）驱动器的快速磁头定位器。尽管当代的设计与扬声器的设计有很大不同，但它仍然被松散地（并且错误地）称为“音圈”结构，因为一些早期的刚性磁盘驱动器磁头沿直线移动，其驱动结构很像扬声器的那个。

薄饼或轴向转子电机[编辑]

主条目：轴向磁通电机

印刷电枢或薄饼电机的绕组形状为圆盘，在高通量磁铁阵列之间运行。磁体布置成面向转子的圆形，其间有空间以形成轴向气隙。[83]这种设计通常被称为煎饼电机，因为它的外形扁平。该技术自诞生以来就拥有许多品牌名称，例如 ServoDisc。

印刷电枢电机中的印刷电枢（最初形成在印刷电路板上）由冲孔铜片制成，这些铜片使用先进的复合材料层压在一起，形成一个薄的刚性盘。印刷电枢在有刷电机领域具有独特的结构，因为它没有单独的环形换向器。刷子直接在电枢表面上运行，使整个设计非常紧凑。

另一种制造方法是使用缠绕铜线与中央传统换向器平放，呈花朵和花瓣形状。绕组通常使用电气环氧树脂灌封系统进行稳定。这些是填充环氧树脂，具有中等的混合粘度和较长的凝胶时间。它们的突出特点是低收缩和低放热，通常被 UL 1446 认可为具有 180 °C 绝缘等级的灌封化合物，H 级评级。

无铁芯直流电机的独特优势是没有齿槽效应（由铁和磁铁之间的吸引力变化引起的扭矩变化）。尽管铁转子是叠层的，但转子中不会形成寄生涡流，因为它是完全无铁的。这可以大大提高效率，但由于电磁感应降低，变速控制器必须使用更高的开关速率 (>40 kHz) 或 DC 。

这些电机最初是为了驱动磁带驱动器的绞盘而发明的，其中达到运行速度的最短时间和最短停止距离至关重要。煎饼电机广泛应用于高性能伺服控制系统、机器人系统、工业自动化和医疗设备。由于现在可用的结构多种多样，该技术可用于从高温军事到低成本泵和基本伺服系统的应用。

另一种方法 (Magnax) 是使用夹在两个转子之间的单个定子。一种这样的设计产生了 15 kW/kg 的峰值功率，持续功率约为 7.5 kW/kg。这种无轭轴向磁通电机提供更短的磁通路径，使磁铁离轴更远。该设计允许零绕组悬垂；100% 的绕组处于活动状态。使用矩形截面铜线可以增强这一点。电机可以堆叠起来并行工作。通过确保两个转子盘将相等且相反的力施加到定子盘上，可以最大限度地减少不稳定性。转子通过轴环直接相互连接，抵消了磁力。[84]

Magnax 电机的直径范围为 0.15-5.4 米（5.9 英寸-17 英尺 8.6 英寸）。[84]

伺服电机[编辑]

主条目：伺服电机

伺服电机是一种电机，通常作为完整模块出售，用于位置控制或速度控制反馈控制系统。伺服电机用于机床、笔式绘图仪和其他过程系统等应用。用于伺服机构的电机必须具有充分记录的速度、扭矩和功率特性。速度与扭矩曲线非常重要，对于伺服电机来说是高比率。绕组电感和转子惯量等动态响应特性也很重要；这些因素限制了伺服机构回路的整体性能。大型、功能强大但响应缓慢的伺服回路可能使用传统的交流或直流电机和带有电机位置或速度反馈的驱动系统。随着动态响应要求的增加，使用更专业的电机设计，例如无芯电机。与直流电机相比，交流电机具有卓越的功率密度和加速特性，更倾向于永磁同步、BLDC、感应和 SRM 驱动应用。[83]

伺服系统与某些步进电机应用的不同之处在于，电机运行时位置反馈是连续的。步进系统本质上是开环运行的——依靠电机不会“错过步骤”以获得短期精度——任何反馈，例如“归位”开关或位置编码器都在电机系统的外部。[85]例如，当典型的点阵计算机打印机启动时，其控制器使打印头步进电机驱动到其左侧极限，在此位置传感器定义原始位置并停止步进。只要电源打开，打印机微处理器中的双向计数器就会跟踪打印头位置。

步进电机[编辑]

主条目：步进电机

带有软铁转子的步进电机，显示有源绕组。在“A”中，有源绕组倾向于将转子固定到位。在“B”中，一组不同的绕组承载电流，产生扭矩和旋转。

步进电机是需要精确旋转时经常使用的一种电机。在步进电机中，包含永磁体的内部转子或具有凸极的软磁转子由一组电子开关的外部磁铁控制。步进电机也可以被认为是直流电机和旋转螺线管之间的交叉。当每个线圈依次通电时，转子将自身与通电的励磁绕组产生的磁场对齐。与同步电机不同，在其应用中，步进电机可能不会连续旋转；相反，当励磁绕组按顺序通电和断电时，它会“步进”——启动然后再次快速停止——从一个位置到下一个位置。根据顺序，转子可能向前或向后转动，也可能改变方向、停止、

简单的步进电机驱动器使励磁绕组完全通电或完全断电，使转子“嵌”到有限数量的位置；更复杂的驱动器可以按比例控制励磁绕组的功率，使转子能够定位在齿轮点之间，从而极其平稳地旋转。这种操作模式通常称为微步进。计算机控制的步进电机是最通用的定位系统形式之一，尤其是作为数字伺服控制系统的一部分时。

步进电机可以轻松地以离散的步骤旋转到特定角度，因此步进电机用于计算机软盘驱动器中的读/写磁头定位。它们用于前千兆字节时代的计算机磁盘驱动器的相同目的，它们提供的精度和速度足以正确定位硬盘驱动器的读/写磁头。随着驱动器密度的增加，步进电机的精度和速度限制使它们在硬盘驱动器中变得过时——精度限制使它们无法使用，速度限制使它们没有竞争力——因此较新的硬盘驱动器使用基于音圈的磁头致动器系统。（此处的“音圈”一词是历史性的；它指的是典型（锥型）扬声器中的结构。这种结构曾被用于定位磁头。现代驱动器有一个可旋转的线圈安装座；线圈来回摆动，就像旋转风扇的叶片一样。然而，就像音圈一样，现代致动器线圈导体（漆包线）垂直于磁力线移动。）

步进电机过去和现在仍然经常用于计算机打印机、光学扫描仪和数码复印机，以移动光学扫描元件、打印头托架（点阵和喷墨打印机）以及压板或进纸辊。同样，许多计算机绘图仪（自 1990 年代初期以来已被大幅面喷墨和激光打印机取代）使用旋转步进电机来移动笔和压板；这里的典型替代品是线性步进电机或带有闭环模拟控制系统的伺服电机。

所谓的石英模拟手表包含最小的普通步进电机；它们只有一个线圈，消耗的功率很小，并且有一个永磁转子。同一种电机驱动电池供电的石英钟。其中一些手表，例如计时码表，包含不止一个步进电机。

在设计上与三相交流同步电机密切相关的步进电机和 SRM 被归类为可变磁阻电机类型。[86]步进电机过去和现在仍然经常用于计算机打印机、光学扫描仪和计算机数控 (CNC)机器，例如路由器、等离子切割机和 CNC 车床。

直线电机[编辑]

主条目：直线电机

线性马达本质上是任何已“展开”的电动机，因此它不会产生扭矩（旋转），而是沿其长度产生直线力。

直线电机最常见的是感应电机或步进电机。直线电机常见于许多过山车中，在这些过山车中，无电机轨道车的快速运动由轨道控制。它们也用于磁悬浮列车，列车在地面上“飞行”。在较小的范围内，1978 年的 HP 7225A 笔式绘图仪使用两个线性步进电机沿 X 轴和 Y 轴移动笔。[87]

,