Consequent Pole Machine:Consequent pole 的意思就是說,永磁體只產生北極磁場,南極磁場 is consequently generated。一般的永磁電機是有專門的永磁體產生北極磁場的,也有專門的永磁體產生南極磁場的。Consequent pole 的結構具有聚磁效果。聚磁效果就是說,可以用便宜的鐵氧體,產生和釹鐵硼一樣強勁的磁場。
輪輻型別遊標電機(Spoke Type Vernier Machine):我們知道感應電機有齒槽轉矩,產生齒槽轉矩的磁場實際上是氣隙磁場和齒槽導致的高階氣隙磁導導致的。什麼意思?意思就是說,定子產生一對極的磁場,氣隙中卻存在著十對極的磁場,如果我們把轉子配置成十對極,而不是常規的一對極,那麼就彷彿有減速齒輪箱的效果,定子磁場的轉速是 3000 轉每分鐘而轉子的轉速卻只有 300 轉每分鐘,這就是磁齒輪的一種實現。輪輻的意思就是說,永磁體的放置方式就和腳踏車的輪輻一樣。
旋轉電機由定子和轉子組成,定子側繞有線圈,用於產生旋轉磁場,轉子側的配置情況因電機型別不同而不同,下面分別說明。
電勵磁同步電機:定子繞組通交流電流產生一個旋轉磁場,轉子側通直流電流相對於轉子產生恆定磁場,由於轉子在旋轉,所以轉子側產生的磁場也是旋轉的。這類電機的缺點在於,為了往轉動的轉子通電流,需要使用集電環接觸供電(可以參考直流電機的電刷,或者高鐵的電弓)。近來,威斯康熙大學進行了為該類電機的轉子線圈無線供電的研究,可以分為電感型和電容型兩種無線供電方式。
永磁同步電機:定子線圈通交流電流產生一個旋轉磁場,轉子側的永磁體相對於轉子產生一個恆定磁場,由於轉子在旋轉,所以轉子側產生的磁場也是旋轉的。
感應電機(又稱非同步電機):定子線圈通交流電流產生一個旋轉磁場,如果轉子的轉速低於氣隙中旋轉磁場的轉速,就會磁生電,在轉子側的導體中產生交流電流,其頻率為磁場同步頻率(比如 50 Hz)減去轉子轉動頻率(比如 49 Hz,對應於一對極電機 2940 轉每分鐘),稱為滑差頻率(比如 1 Hz),該轉子交流電流產生的磁場相對於轉子以滑差頻率在氣隙中旋轉,由於轉子在旋轉,該轉子磁場在氣隙中的轉速等於同步速,所以所謂的非同步指的是轉子的轉速必須不是 3000 轉每分鐘才能產生轉矩,而定、轉子磁場的轉速永遠是同步的。
同步磁阻電機:這類電機的原理沒法直觀解釋,這裡提供一種理解其執行原理的思路。凸極永磁電機(或內嵌式永磁電機)有兩個途徑產生轉矩,其一是與其他電機類似的電磁轉矩,其二是凸極轉矩——也就是說,電機的直軸和交軸具有不同的磁阻時,電機也能產生轉矩。換句話說,拿一臺凸極永磁電機,把永磁體摳掉,利用凸極轉矩也能轉起來。
開關磁阻電機:定子線圈通交流電流產生一個旋轉磁場,轉子側沒有電流也沒有永磁體,就是一塊鐵,其執行原理基本上就是拿一塊磁鐵去吸引轉子側的齒,讓轉子轉起來。
單極電機(Homopolar Machine):磁單極和永動機一樣,是不存在的。但是,所謂的單極電機是從電機的任一橫截面來看,竟然只有南極或者北極,因此而得名。這裡放一張圖,可以看到,單極電機有兩段電機組成,北極磁場從電機第一段出發,透過導磁的定子軛部,到達電機第二段成為南極磁場,最後磁場從電機的導磁的轉軸迴歸到電機第一段。
Consequent Pole Machine:Consequent pole 的意思就是說,永磁體只產生北極磁場,南極磁場 is consequently generated。一般的永磁電機是有專門的永磁體產生北極磁場的,也有專門的永磁體產生南極磁場的。Consequent pole 的結構具有聚磁效果。聚磁效果就是說,可以用便宜的鐵氧體,產生和釹鐵硼一樣強勁的磁場。
輪輻型別遊標電機(Spoke Type Vernier Machine):我們知道感應電機有齒槽轉矩,產生齒槽轉矩的磁場實際上是氣隙磁場和齒槽導致的高階氣隙磁導導致的。什麼意思?意思就是說,定子產生一對極的磁場,氣隙中卻存在著十對極的磁場,如果我們把轉子配置成十對極,而不是常規的一對極,那麼就彷彿有減速齒輪箱的效果,定子磁場的轉速是 3000 轉每分鐘而轉子的轉速卻只有 300 轉每分鐘,這就是磁齒輪的一種實現。輪輻的意思就是說,永磁體的放置方式就和腳踏車的輪輻一樣。
外轉子電機:就是把定子放到裡面,轉子放到外面(參考電瓶車的後輪)。
薄片電機(Slice Motor):如果有軸承的話,這傢伙其實就是普通的電機但是軸向長度很小。拿掉軸承的話,由於薄片,轉子有三個自由度是被動穩定的,這東西可以應用在人工心臟上。
軸向磁通電機:和單極電機(氣隙中的磁場是沿徑向走的)不同,這傢伙在氣隙中的磁場是沿軸向走的哦!
爪極電機:好酷的名字,我感覺這個也是軸向磁通電機的一種吧?但是大家管這個叫橫向磁通電機,磁通在那個爪子裡橫著流什麼的,不懂不懂。
直流電機:定子上產生恆定磁場(不轉動),轉子雖然在轉動,但是由於電刷的加持,轉子也能產生(相對於定子的)恆定磁場。從原理上講是完美的電機。從製造上來看,電刷是硬傷。直流電機有最大功率上限,也就是說,當單臺直流電機的功率不能超過某一數值。
評註:應注意,為了說明簡單,有不嚴謹的地方,比如所謂的轉子磁場實際上並不是轉子勵磁產生的磁場,而是氣隙磁場和轉子漏磁場的總和,但是如果定子側沒有任何激勵時,我這麼說又是嚴謹的。
怎麼控制的?
現在電力電子技術使得我們可以在定子繞組中產生(低通濾波後為)任意形狀的電流波形,這麼強大,控制產生對稱多相電流豈不是輕而易舉。值得一提的是,雖然簡單來說就是需要用電力電子裝置產生對稱多相電流,但是該電流的相位一般來說不能任意給定的,而是往往與轉子的位置有關(實際上是與轉子磁場的位置有關,可以理解為氣隙中轉子磁場的峰值所在的位置)。