尼古拉·特斯拉的的无刷电磁电机

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尼古拉·特斯拉的 美国专利 381,968 Electro Magnetic Moter 涉及改进的无刷电磁电机,用于实现更高效的能量转换和传输。该电机采用了两个或更多独立电路,通过这些电路定期传递交替电流,从而产生磁场的逐步变化,驱动电机。特斯拉的设计摆脱了传统电机需要使用碳刷的限制,通过直接将电机电路连接到适当的交流发电机电路,避免了使用换向器。这一系统使电机的速度可以在其正常工作范围内保持均匀,同时消除了对辅助调节器的需求,实现了更直接的电流应用,提高了效率。特斯拉的发明还包括多种电机结构和连接方式,以满足不同的应用需求。

美国特斯拉电动车首席电力电子工程师 Wally Rippel 在2007年1月9日刊文 Induction Versus DC Brushless Motors 横向对比了无刷电机和有刷电机。

与直流无刷电机的转子不同,感应电机的转子没有磁铁,只有堆叠的钢层片,带有埋藏的周边导体,形成“短接结构”。在定子绕组中流动的电流产生一个旋转磁场,进入转子。转子“看到”的这个磁场的频率等于施加的电频率与转子自身的旋转“频率”的差值。因此,在短接结构之间存在一个与这个速度差异成比例的感应电压。作为对这个电压的响应,在转子导体内产生了与电压大致成比例的电流,因此与速度差异成比例。最后,这些电流与原始磁场相互作用,产生了力——其中一部分是所需的转子转矩。

当一个三相感应电机连接到传统的三相电源时,转矩就会产生;电机有能力在负载下起动。无需逆变器。感应电机与传统的公用事业电源直接兼容,这是它们成功的主要原因。相比之下,直流无刷电机直接连接到固定频率的公用事业电源时不产生起动转矩。它们确实需要逆变器的帮助,其“相位”与转子的角位置保持同步。

添加一个逆变器,就可以从电池或其他直流电源驱动感应机;通过调整逆变器频率,也可以实现可变速度。但是,与直流机相比,转矩性能较差。添加一些反馈回路,使逆变器产生电机“所需”的精确频率,感应电机现在能够与直流和直流无刷电机竞争用于车辆应用。

  • 2024-04-24