如今满大街都能够看到“新能源”电动汽车或者电动自行车,大家都在提倡环保低碳出行,不过能够让这些物体通过电能转化为机械能去驱动的电机(ElectricMotor)又是谁发明的呢?又是如何发展到今天的呢?小编就通过此文跟大家来浅谈一下电动机的发展史。
到了1834年,普鲁士/俄罗斯人MoritzvonJacobi(莫里茨·冯·雅可比)制造出了第一台真正的旋转电动机,四年后经过无数次改进后,这款电动机发出的功率已能驱动载有14人的船穿过河流,在当时可以说这是一个惊人且重大的发明,不过其输出的功率算不算稳定。
1864年是电动机科技发展的转折点,因为AntonioPacinotti(安东尼奥·帕奇诺蒂)提出了环形电枢解决方案,此举令到换向器的电刷输出的电流几乎没有波动,并且在1871年ZénobeGramme(泽诺布·格拉姆)重新发明了他的设计同时还采纳了WernervonSiemens(维尔纳·冯·西门子)的解决方案,在当时的世界博览会上将一台电动机和距离2公里的发电机这两套直流设备连接起来,而这,也成为人类历史上第一台实现商品化的电动机。从1740年发明,到1870年正式走入商业化应用,足足走了130年。
1886年,美国发明家FrankJulianSprague(弗兰克·朱利安·斯普拉格)发明第一台实用化直流电动机,可在可变负载环境下实现稳定的转速,这项发明充分利用了当时并不稳定的电力供应网络,该电动机在1887年于弗吉尼亚州的有轨电车上进行了实用化测试,被证明完全可行,1892年投入芝加哥的铁路运输系统中应用。更有意义的是,此项科研成果随后被应用到更多民用领域,例如洗衣机、风扇等家电,其电动机的老祖宗都可以追溯到此。
除了直流电机,还有的就是多数用于工业发展的交流电机。交流电动机(ACmotor)的底层理论诞生于1824年,由法国科学家FranoisArago(弗朗索瓦·阿拉戈)提出“旋转磁场”理论,该理论在1879年在WalterBaily(沃尔特·贝利)制作的感应电动机上获得验证。至于随后诞生的真正意义上的交流电动机,其实发明者有两位,分别被不同国家的科学界认可:分别是1885年的GalileoFerraris(伽利略·费拉里斯)和1887年的NikolaTesla(尼古拉·特斯拉)。但两人分别发明的交流电动机在当时都被认为是“毫无商业价值的发明”。
1887年,NikolaTesla(尼古拉·特斯拉)预见交流电机对于工业发展的可能性,独立发明了感应电动机后,在1888年获得了带有“四极转子形成非自起动磁阻电动机”、“带有绕线转子形成自起动感应电动机”、“转子绕组具有他励直流电源的真正的同步电动机”的三个专利。除此以外,在此之前特斯拉已经提交过一项关于描述“一种短路绕组转子感应电动机”的专利,不过在此之后的事情就有些混乱了,推崇直流电的爱迪生的竞争对手GeorgeWestinghouse(乔治·威斯汀豪斯)买下了很多交流电专利,其中也包括特斯拉的,甚至还聘用了特斯拉为其开发交流电动机,目标是车辆上使用,但结论是“交流电动机不适用于汽车”,1889年时特斯拉也辞职不干了。
到后来,来自波兰的MikhailDolivo-Dobrovolsky(米哈伊尔·多利沃-多布罗沃尔斯基)发明了第一个鼠笼式和绕线转子版本的三相感应电动机,也就是我们如今所看到的一些用于工业、轻工机械等等的电机都是采用这类形式。而真的到我们相对比较了解的电动机,还要到1902年,瑞典工程师丹尼尔森在特斯拉感应电动机的旋转磁场的理论基础上发明了同步电动机,而同步电机也有区分三种类型,分别是电励磁式、永磁无刷式、磁阻式,最常见的且采用较多的莫过于永磁无刷式,通过一种转子用永久磁铁代替绕线的同步电动机。到了1920年后,电动机的发展变得缓慢,也许是因为石油的开发以及内燃机技术的提高、也许是电池和电力技术的停滞不前,当然,也因为电动机的成本生产相比内燃机要高且准入门槛低导致。在汽车工业一整个体系里,绝不仅仅只有车企,恰恰相反,背负着这个品牌那个品牌的车企们,也只是整个产业里的其中一环而已,其体量和政治影响力远远不及石化企业、投融界等等领域,而内燃机作为一种可以实现金元流通的商品,无论生产和牵涉的上下游,都比电动机更占优势。
而到了现在,永磁同步电动机依旧是最常用也是最常见的一种电动机类型,当然,这些电动机都与汽车有所挂钩的。如今的电动汽车的电机多数为有刷直流电机、无刷直流电机、永磁同步电机、感应电机、开关磁阻电机、同步磁阻电机和轴向磁通无铁心永磁电机这七类,在早期新能源汽车上多数的驱动电机都是采用直流电机,其具备控制逻辑简单、调速性能好、成本低等等优点,但直流电机的固有缺陷让人们不得不放弃,除此以外,还有的就是有刷直流电机以及无刷直流电机采用在汽车上也有各类不适用的问题。如今最多采用的则是永磁同步电机,功率密度高、运行效率高、结构简洁紧凑、转矩大且平顺、调速性能好这些优点成为了不少新能源车型采用的原因。
虽然在20世纪电动机发展出现了停滞,但是也无法阻止科学家们为未来、为社会发展的研究,如今能够拥有如此多电池车、电动车的出现,真的是少不了从前科学家们不停的研究发展,才能造福现在社会的进步,不过未来还会出现怎样的趋势,是否会出现比现在采用的电动机更好的发展,依旧还是未知数。