電機的兩百年發(fā)展史

日常生活中說的馬達，最早可追溯到19世紀。電機的出現(xiàn)很大程度上得益于電磁感應(yīng)定律以及電磁力定律的發(fā)現(xiàn)，電動機、發(fā)電機、變壓器、和控制電機，均是在電磁感應(yīng)原理為基礎(chǔ)工作的機器。

作為一種將電能轉(zhuǎn)換或傳遞的電磁設(shè)備，其關(guān)鍵是產(chǎn)生驅(qū)動轉(zhuǎn)矩，電機作為機電工程能量轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵設(shè)備，是電氣傳動的基礎(chǔ)部件，主要用途廣泛、產(chǎn)品種類諸多、規(guī)格型號復雜，這樣的產(chǎn)品特性決定了該產(chǎn)業(yè)鏈市場集中度不高、企業(yè)涉及到的細分領(lǐng)域多，無顯著的規(guī)律性、地區(qū)性、周期性特點。

現(xiàn)代生活中電機的廣泛應(yīng)用也促使了電機不斷進化，根據(jù)應(yīng)用的不同，電機會有不同的設(shè)計和驅(qū)動方式，這就導致電機型號以及種類組件增加明顯。

我們根據(jù)用途以及特點，對電機進行簡單的分類。

電機簡單分類

在電機的普遍使用的現(xiàn)在，電機又經(jīng)過了怎樣的發(fā)展歷史呢？

我們回本溯源，說說電機的前世今生。

01 理論準備與探索

1820年7月21日，丹麥哥本哈根大學教授、物理學家奧斯特發(fā)現(xiàn)了“電流的磁效應(yīng)”，建立了電磁的相互聯(lián)系，誕生了電磁學。

1821年英國著名物理學家法拉第制成了第一個實驗電機的模型，1822年法拉第證明電可以做工運動，人類進入電氣時代。隨著第一臺實用發(fā)電機的成功發(fā)明，第二次工業(yè)革命拉開序幕。后續(xù)法拉第又在1831年發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象，此外他還發(fā)現(xiàn)了電解定律，對氣體放電現(xiàn)象進行了大量的卓有成效的研究，為后來倫琴射線、天然放射性、同位素等的發(fā)現(xiàn)準備了條件，為現(xiàn)代物理學的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。在電磁學的研究過程中，他創(chuàng)造了諸如抗磁性、順磁性、電介質(zhì)、力線、陰離子、陽離子等新詞匯，提出了“場”的概念。

法拉第制造了第一臺實驗性電動機，發(fā)電機、第一臺變壓器，研究過氣體的液化、光學、電化學，是名副其實的電學之父以及交流電之父。

1870年比利時人格拉姆發(fā)明直流發(fā)電機。在設(shè)計上，直流發(fā)電機和電動機十分相似。后來，格拉姆證明向直流發(fā)動機輸入電流，其轉(zhuǎn)子會象電機一樣旋轉(zhuǎn)。于是，這種格拉姆型電機被大量制造，效率得到明顯提高。

1888年美國發(fā)明家特斯拉根據(jù)電磁感應(yīng)原理發(fā)明了交流電動機。這種電動機結(jié)構(gòu)簡單，使用交流電，無需整流，無火花，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)的家庭電器中，交流電動機通常用三相交流供電。

電機主要由轉(zhuǎn)子、定子、電刷、端蓋及軸承等部件構(gòu)成。定子是由定子鐵芯、機座、線包繞組、及固定這些部件的其他結(jié)構(gòu)件組成。轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子磁極、轉(zhuǎn)子鐵芯、滑環(huán)、轉(zhuǎn)軸及風扇等部件組成。發(fā)電機電流的產(chǎn)生是通過軸承、機座及端蓋將發(fā)電機的定子，轉(zhuǎn)子連接組裝起來，使轉(zhuǎn)子在定子中旋轉(zhuǎn)，通過滑環(huán)通入一定勵磁電流，使轉(zhuǎn)子成為一個旋轉(zhuǎn)磁場，定子線圈做切割磁力線的運動，從而產(chǎn)生感應(yīng)電勢。通過接線端子引出，接在回路中，這樣就產(chǎn)生了電流。由于電刷與轉(zhuǎn)子相連處有斷路處，使轉(zhuǎn)子按一定方向轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生交變電流，簡稱交流電。

轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)

02 電機發(fā)展階段

在電機的發(fā)展中首先得到發(fā)展的是直流電機，直流電機的發(fā)展前半部分大致可以劃分為以永磁體作為磁場的階段，以電磁鐵作為磁極的階段以及改變勵磁方式階段。因為電機的使用必須要由直流發(fā)電機提供電流，所以在這三個發(fā)展階段中勵磁技術(shù)是直流電機得以發(fā)展的一個關(guān)鍵性技術(shù)，他為發(fā)電機提供技術(shù)理論支撐，電機的發(fā)展隨著發(fā)電機的發(fā)展而進步，也就使得電機進入到新的應(yīng)用階段。

勵磁系統(tǒng)

1854年丹麥的赫爾特.維爾納兄弟申請了自激式發(fā)電機的專利。此后科學家們又發(fā)明了串激式自激發(fā)電機和自并勵發(fā)電機，大大改變了直流發(fā)電機的性能，使得直流電機發(fā)展進入新階段。

直流電機的完善階段集中于19世紀六七十年代，在這個階段齒狀電樞、環(huán)狀電樞以及鼓型轉(zhuǎn)子被先后發(fā)明，新技術(shù)大大降低了電機生產(chǎn)成本，電機進入實際應(yīng)用的時代。

隨著直流發(fā)電技術(shù)的發(fā)展，直流發(fā)電機可以發(fā)出的最大電壓為57.6千伏，輸出最大功率為4650千瓦，輸送的距離可以達到180公里。但是這很快就達到了技術(shù)上的極限，交流電動機開始受到重視。

1889年俄國工程師杜列夫-杜波洛沃爾斯基發(fā)明了鼠籠式三相電動機，這是第一臺能夠?qū)嵱玫娜嘟涣麟妱訖C，至此電動機發(fā)展到了可以進入工業(yè)應(yīng)用的階段。

03 電機的發(fā)展趨勢

目前，我國電機產(chǎn)業(yè)經(jīng)過40多年的發(fā)展，特別是在改革開放后，取得了顯著的進步。電機作為機械裝備上不可或缺的組件之一，在全球降低能耗的背景下，高效節(jié)能電機成為全球電機產(chǎn)業(yè)發(fā)展的共識。

電機未來的發(fā)展趨勢有以下幾點：

1、在節(jié)能減排的框架下，高效節(jié)能電機是電機產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必然方向，高效節(jié)能電機將帶動產(chǎn)業(yè)鏈實現(xiàn)快速發(fā)展。高效節(jié)能電機將把我國工業(yè)推向一個新的高度，助力中國制造2025目標達成。就行業(yè)而言，小電機制造行業(yè)將會向規(guī)?；?、標準化和自動化方向發(fā)展，而大中型電機制造行業(yè)卻向單機容量不斷增大、要求特殊化、多樣化、定制化的方向發(fā)展。

2、電機形式更加多樣，電機逐漸向?qū)Ｓ眯苑较虬l(fā)展。我國現(xiàn)在工業(yè)發(fā)展要求以及人民群眾對于生活質(zhì)量要求使得對于電機的需求是多樣的，同時過去同樣的電機分別用于不同負載類型、不同使用場合的局面將會被打破，更偏向?qū)Ｓ脠鼍盎?/p>

3、電機的構(gòu)造必將更加的小巧、精細。未來智慧城市以及工業(yè)自動化的發(fā)展對于智能機器人以及自動化設(shè)備的需求將會明顯增加，預計未來智能機器人以及自動化設(shè)備將會得到大規(guī)模發(fā)展。其運行必然需要電機的驅(qū)動，這些精細的操作對于電機的要求也會偏向小巧、精致。

從家用電器到工業(yè)器具，電機在國民生活所需物件中是必不可缺的組成部分。因此，電機性能對于產(chǎn)品使用以及產(chǎn)品質(zhì)量的重要性不言而喻，同時它也間接影響著我們的生活質(zhì)量。

審核編輯：湯梓紅