試論現代電機發展方向與關鍵技術

摘 要：現代電機不同于傳統的僅僅是一個簡單的機器零件，經過不斷的發展和更新換代，現代電機已經擁有更加強大的功能，成為一個能夠完成不同任務的完整的系統的電子化機電體系。正因為現代電機日益強大的功能，它對于我們生產生活產生不可或缺的作用。本文針對這一現象，介紹現代電機未來的發展方向，現階段的關鍵技術以及未來發展上具有突破性的改革。

關鍵詞：現代電機；關鍵技術；發展

現代電機不再是只是簡單執行任務的單獨的零件，而是成為一個全面性的系統，可以說現代電機是整個機電體系的神經中樞。現代電機可以為整個機電體系提供能源，也就是說現代電機是動力中心；現代電機也可以起到調節、平衡、控制整個機電系統的作用。甚至很多現代電機兼具這兩種功能。如此強大且全面的功能必然對現代電機提出更高要求，這些要求不僅僅體現在現代電機本身的設計和生產，而且體現在現代電機生產出的產品的經濟性、應用性和發展性。

一、現代電機的發展方向

1）從有刷到無刷的轉變。在過去，傳統的直流電動機的使用覆蓋率非常高，主要是因為絕大多數的電力供給都是直流電。而傳統的直流電動機都是有刷的。有刷電機指的是靠換向器和電刷的配合來自動完成的電機，換向器和電刷裝在電機內部。雖然有刷電機在制作方面技術純熟，相應的配件也比較便宜，但是有刷電機存在著很多缺點。比如，更換配件程序麻煩、配件使用壽命短、發熱率高、換向火花大、損耗嚴重、電磁干擾嚴重等。所以，盡管有刷電機存在很多優點，但是它還是隨著時代的變化逐漸被無刷電機所取代。無刷直流電機由電動機主體和驅動器組成，是一種典型的機電一體化產品。無刷電機的種類很廣泛，并且幾乎不存在有刷電機的所有缺點，無刷電機磨損小、噪音低、干擾低，可以說無刷電機相對于有刷電機具有很大的優勢。

2）現代電機的直接驅動。現代電機通常都是高速運轉的，它的運轉速度每分鐘能夠達到數百甚至數千轉，這樣高的運轉速度要進行高低速的變換是相對困難的，但是很多應用場合恰恰就有這樣的需求。因此，就需要現代電機為其提供轉換轉速的配件系統。但是這樣的轉換系統必然會增加整個電機系統的大小，并且也會影響到設備的精確度和工作效率。這是時候，只有使現代電機驅動向直接驅動發展，才能有效的解決這一問題。

3）電機的極速化。現代工業的發展經常需要電機的極速化，即經常需要電機保持極高或者極低的速度。現代電機要極速化的要求與電機的直驅化緊密相關。電機的極速化，不僅有助于實現電機的直驅化，而且可以提高電機的工作效率和設備的精確度。

4）從勻速到調速的轉變。傳統的電機基本維持一個速度，大部分的電機也只有開關機器的這一個開關。但是在實際的運用中又需要對電機的速度進行調節，而在這一過程中，頻繁的開關對電機不可避免的造成了電機的內部零件的磨損，對控制器和電網也會造成一定的沖擊。因此，調速功能的運用對于整個電機系統起著至關重要的作用。例如，現代的變頻空調就是采取了調速的方式。這種方式使得它的舒適度比傳統的空調要好得多，而且這種調速系統使得電機的工作效率更高，也就更加省電。

5）從大型化到小型化、微型化的轉變。現代工業越來越需要電機的小型化和微型化，尤其是便攜式的產品更是對電機的大小提出更高的要求。比如從第一代電子計算機到臺式電腦再到筆記本電腦再到iPad、手機的轉變都體現了人們對于電機的小型化和微型化的需求。但是要達到電機從大型化到小型化的轉變，首先要提高基礎配件的功率，并且保證基礎元件的性能和改善電機運行的原理。

6）智能化。當今社會，電子信息技術日新月異，智能化系統滲透到我們生活的方方面面。現代電機不僅為整個機電系統提供動力，而且對于電機系統有平衡、調節等功能，而當今社會越來越要求現代電機擁有自我適應、自我更新等功能，形成具有針對不同任務的個性化服務。而這就是智能化融入到現代電子系統的體現。而現代電機的智能化也需要各種電子理論、智能傳感器、高性能材料等的綜合運用。

二、現代電機的關鍵技術

（一）仿真技術和設計技術的突破

電機是一項綜合技術的產物，它是溫度、磁場、電力、機器相互交叉融合的產物。它們相輔相成，并相互影響。例如，溫度升高或者降低都會影響磁性材料電磁的大小和磁場的位置，而這樣又會影響到電機的工作效率與耗能的多少，從而也會直接影響電機內部零件的磨損程度，而磨損程度的變化對電機本身的溫度又產生一定的影響。因此，現代電機中的每一個環節都是不能忽視的，任何一個環節出現差錯都會牽一發而動全身。所以，具有綜合性的仿真技術和設計技術就顯得尤為重要。

（二）高效節能技術

高效節能技術是一個經久不變的話題，高效節能也就意味著電機工作效率的提升。而電機正是由于是整個機電系統中耗電量最大的部分，所以對于它的工作效率的提升就顯得更為重要。首先，要從電機的體積入手，體積小的電機效率遠遠高于大體積電機；其次，要不斷更新電機原件的材料，使電機在工作過程中自身對于電能的消耗降到最低。

（三）極端環境的適應能力

現代電機涉及的領域越來越多，而傳統的電機存在溫度限制，這使得電機在特定的環境中失去動力。因此，如果要現代電機能夠在更廣泛的領域發展，就必須提高它在極端環境的中的適應能力。

三、結語

綜上所述，無刷化、直驅化、極速化、調速化、微型化、伺服化、機電一體化以及智能化是現代電機未來的發展方向和發展重點。它們中的每一點都是在日常的生產生活中不斷實踐，反復論證出來的。因此，無論是無刷化、直驅化還是機電一體化、智能化都是未來現代電機發展不可或缺的重要元素之一。而在現代電機的未來發展過程中，也要著重注意它的仿真技術、設計技術、高效節能技術以及對極端環境的適應能力，從而使現代電子技術得到更加良性的發展。

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作者簡介：李正立（1993-），河北邯鄲人，電氣工程及其自動化專業。