哈尔滨工业大学
寒假社会调查报告
题 目： 电机种类及其使用情况调查 指导教师： 院 系： 电气学院电气工程系 班 级： 11306108 姓 名： 况麒麒 学 号： 1130610823 日 期：
电机类型及其使用情况调查
1 调查背景
从1820年丹麦物理教学家奥斯特发现了电流的磁效应以来，各种发现不断地涌现出来。1821年，英国科学家法拉第总结了载流导体在磁场中受力并发生机械运动的现象他的模型可以认为是现代直流电动机的雏形。1824年，阿拉果发现了旋转磁场，为交流感应电动机的发明奠定了基础。1831年，法拉第发现了电磁感应定律，并发明了单极直流电动机。1834年俄国物理学家雅可比设计并制成了第一台实用的直流电动机。1864年，英国物理学家麦克斯韦创立了完整的经典电磁学理论体系为电机电磁场分析奠定了基础。1888年，特斯拉发明了感应电动机。随着时代的进步，各种各样功能不同的电机被不断地发明出来。
电机的发展历史大致可分为四个阶段，1. 直流电机阶段，2. 交流电机阶段，
3. 控制电机阶段，4. 特种电机阶段。
本次调查主要是想通过调查能让我们加深对电机的了解，为以后的学习工作打下一定的基础。
2 调查内容
2.1 时间安排：本次调查主要安排在寒假假期。
2.2 调查对象：本次调查主要调查电机的类型和电机的使用情况。
2.3 调查内容：电机类型有很多，分类方法也各种各样。下面主要介绍按工作电源和按结构和工作原理两种分类方法中的电机。
1. 按工作电源分，包括直流电动机和交流电动机，其中交流电动机又分为单相电动机和三相电动机；直流电动机分为无刷直流电动机和有刷直流电动机，有刷直流电动机又分为永磁直流电动机和电磁直流电动机。永磁直流电动机包括稀土永磁直流电机，铁氧体永磁直流电机，铝镍钴永磁直流电机三类; 电磁直流电机包括串励直流电机，并励直流电机，和复励直流电机三类。
(1) 直流电动机是依靠直流工作电压运行的电动机，广泛应用于收录机、录像机、影碟机、电动剃须刀、电吹风、电子表、玩具等。
直流电机具有响应快速、有较大的起动转矩、从零转速至额定转速具备可提供额定转矩的性能，调速特性好，能承受频繁冲击负载，过载能力强。能实现频繁快速、制动以及逆向旋转。但直流电机的优点也正是它的缺点，因为直流电机要产生额定负载下恒定转矩的性能，则电枢磁场与转子磁场须恒维持90°，这就要藉由碳刷及整流子。碳刷及整流子在电机转动时会产生火花、碳粉因此除了会造成组件损坏之外，使用场合也受到限制。
交流电机没有碳刷及整流子，免维护、坚固、应用广，但特性上若要达到相当于直流电机的性能须用复杂控制技术才能达到。微处理机速度亦越来越快，可实现将交流电机控制置于一旋转的两轴直交坐标系统中，适当控制交流电机在两轴电流分量，达到类似直流电机控制并有与直流电机相当的性能。
（一）无刷直流电机工作原理（如图1所示）：无刷直流电机是以电子方式控制交流电机换相，得到类似直流电机特性又没有直流电机机构上缺失的一种应用。无刷直流电动机是采用半导体开关器件来实现电子换向的，
即用电子开关器件代替传统的接触式换向器和电刷。它具有可靠性高、无换向火花、机械噪声低等优点，广泛应用于高档录音座、录像机、电子仪器及自动化办公设备。
无刷直流电动机由永磁体转子、多极绕组定子、位置传感器等组成。位置传感按转子位置的变化，沿着一定次序对定子绕组的电流进行换流（即检测转子磁极相对定子绕组的位置，并在确定的位置处产生位置传感信号，经信号转换电路处理后去控制功率开关电路，按一定的逻辑关系进行绕组电流切换）。定子绕组的工作电压由位置传感器输出控制的电子开关电路提供。位置传感器有磁敏式、光电式和电磁式三种类型。采用磁敏式位置传感器的无刷直流电动机，其磁敏传感器件装在定子组件上，用来检测永磁体、转子旋转时产生的磁场变化。
图1 无刷直流电机工作原理图
①永磁无刷直流电机（如图3所示）是由一块或多块永磁体建立磁场的直流电机，其性能与恒定励磁电流的他励直流电动机相似，可以由改变电枢电压来方便地调速。与他励式直流电动机相比，具有体积小、效率高、结构简单、用铜量
少等优点，是小功率直流电动机的主要类型。
永磁无刷直流电动机的定子绕组多做成三相对称星形接法，同三相异步电机十分相似。电动机的转子上粘有已充磁的永磁体，为了检测电动机转子的极性，在电动机内装有位置传感器。驱动器由功率电子器件和集成电路等构成，其功能是：接受电动机的启动、停止、制动信号，以控制电动机的启动、停止和制动；接受位置传感器信号和正反转信号，用来控制逆变桥各功率管的通断，产生连续转矩；接受速度指令和速度反馈信号，用来控制和调整转速；提供保护和显示等等。
永磁无刷直流电机的位置传感器编码使通电的两相绕组合成磁场轴线位置超前转子磁场轴线位置，所以不论转子的起始位置处在何处，电动机在启动瞬间就会产生足够大的启动转矩，因此转子上不需另设启动绕组。
由于定子磁场轴线可视作同转子轴线垂直，在铁芯不饱和的情况下，产生的平均电磁转矩与绕组电流成正比，与他励直流电动机的电流-转矩特性一样。
图3 永磁无刷直流电机原理图
永磁无刷直流电动机主要应用有汽车车轮驱动，汽车空调，变频式空调，精密电子设备和器械等。
②电磁式直流电机主要由定子磁极、转子（电枢）、换向器（俗称整流子）、电刷、机壳、轴承等构成，其中定子磁极（主磁极）由铁心和励磁绕组构成，按其励磁方式不同，电磁式直流电机可分为串励直流电动机、并励直流电动机、他励直流电动机和复励直流电动机。
应用领域：电磁式直流电机主要应用在工农业生产、交通运输、国防、商业及家用电器、医疗电器设备等领域。
（二）有刷直流电机工作原理：有刷直流电机的定子上安装有固定的主磁极和电刷，转子上安装有电枢绕组和换向器。直流电源的电能通过电刷和换向器进入电枢绕组，产生电枢电流，电枢电流产生的磁场与主磁场相互作用产生电磁转矩，使电机旋转带动负载。由于电刷和换向器的存在，有刷电机的结构复杂，可靠性差，故障多，维护工作量大，寿命短，噪音大，换向火花易产生电磁干扰。
有刷直流电机的工作原理图（如图2所示）。在有刷直流电机的固定部分有磁铁，这里称作主磁极;固定部分还有电刷。转动部分有环形铁芯和绕在环形铁
芯上的绕组。
图2 有刷直流电机原理图
目前很多低价位的电动自行车广泛采用了这种电机。但这种电机扭矩小，载重负荷小，爬坡能力不佳，使用时耗电较多，仍然采用机械式的电刷换相器，电机寿命问题尚未得到解决，因此中高档电动自行车均未采用这种电机。
(2) 交流电动机，是将交流电的电能转变为机械能的一种机器。交流电动机主要由一个用以产生磁场的电磁铁绕组或分布的定子绕组和一个旋转电枢或转子组成。电动机利用通电线圈在磁场中受力转动的现象而制成的。
交流电动机工作原理（如图4所示）：由定子和转子组成，定子就是电磁铁，转子就是线圈。而定子和转子是采用同一电源的，所以，定子和转子中电流的方向变化总是同步的，即线圈中的电流方向变了，同时电磁铁中的电流方向也变，根据左手定则，线圈所受磁力方向不变，线圈能继续转下去。关于二个铜环的作用：二个铜环配上相应的二个电刷，电流就能源源不断的被送入线圈。这个设计的好处是：避免了二根电源线的緾绕问题，因为线圈是不停的转的，用二条导线向线圈供电的话，二根电源线便会缠绕。 关于线圈中的电流由于是交流电，是有电流等于零的时刻，不过这个时刻同有电流的时间比起来实在是太短了，更何况线圈有质量，具有惯性，由于惯性线圈就不会停下来。
交流电动机是根据交流电的特性，在定子绕组中产生旋转磁场，然后使转子线圈做切割磁感线的运动，使转子线圈产生感应电流，感应电流产生的感应磁场和定子的磁场方向相反，才使转子有了旋转力矩。
图4 交流电动机工作原理图
交流电机结构简单，成本较低，维护维修简单，但自身完成不了调速，由于我们日常生活中使用的是交流电，所以交流电动机应用十分广泛。
（一）单相电动机工作原理（如图5所示）：当单相正弦电流通过定子绕组时，电机就会产生一个交变磁场，这个磁场的强弱和方向随时间作正弦规律变化，但在空间方位上是固定的，所以又称这个磁场是交变脉动磁场。这个交变脉动磁场可分解为两个以相同转速、旋转方向互为相反的旋转磁场，当转子静止时，这两个旋转磁场在转子中产生两个大小相等、方向相反的转矩，使得合成转矩为零，所以电机无法旋转。当我们用外力使电动机向某一方向旋转时（如顺时针方向旋转），这时转子与顺时针旋转方向的旋转磁场间的切割磁力线运动变小；转子与逆时针旋转方向的旋转磁场间的切割磁力线运动变大。这样平衡就打破了，转子所产生的总的电磁转矩将不再是零，转子将顺着推动方向旋转起来。
要使单相电机能自动旋转起来，我们可在定子中加上一个起动绕组，起动绕组与主绕组在空间上相差90度，起动绕组要串接一个合适的电容，使得与主绕组的电流在相位上近似相差90度，即所谓的分相原理。这样两个在时间上相差90度的电流通入两个在空间上相差90度的绕组，将会在空间上产生（两相）旋转磁场，在这个旋转磁场作用下，转子就能自动起动，起动后，待转速升到一定时，借助于一个安装在转子上的离心开关或其他自动控制装置将起动绕组断开，正常工作时只有主绕组工作。因此，起动绕组可以做成短时工作方式。但有很多时候，起动绕组并不断开，我们称这种电机为单相电机，要改变这种电机的转向，只要把辅助绕组的接线端头调换一下即可。
单相电动机效率较低较低，一般用在家用电器上。
图5 单相电机工作原理图 （二）三相电动机是指当电机的三相定子绕组（各相差120度电角度），通入三相交流电后，将产生一个旋转磁场，该旋转磁场切割转子绕组，从而在转子绕组中产生感应电流（转子绕组是闭合通路），载流的转子导体在定子旋转磁场作用下将产生电磁力，从而在电机转轴上形成电磁转矩，驱动电动机旋转，并且电机旋转方向与旋转磁场方向相同。
与单相异步电动机相比，三相异步电机结构简单，制造方便，运行性能好，并可节省各种材料，价格便宜。但功率因数滞后，轻载功率因数低，调速性能差。
三相异步电机功率大，主要制成大型电机。它一般用于有三相电源的大型工业设备中。
2. 按结构和工作原理分，分为直流电动机，异步电动机，和同步电动机 。异步电动机又分为感应电动机和交流换向器电动机：感应电动机分为单相异步电动机，三相异步电动机和罩极异步电动机三种；交流换向器电动机分为单相串励
电动机，交直流两用电动机，推斥电动机三种。同步电动机分永磁同步电动机，磁阻同步电动机和磁滞同步电动机三类。
上面已经对直流电动机做过相关介绍，这里就不再缀余。
(1) 异步电动机（如图6所示）：通常异步电动机又称感应电动机，即转子置于旋转磁场中，在旋转磁场的作用下，获得一个转动力矩，因而转子转动。转子是可转动的导体，通常多呈鼠笼状。定子是电动机中不转动的部分，
主要任务是产生一个旋转磁场。旋转磁场并不是用机械方法来实现。而是以交流电通于数
对电磁铁中，使其磁极性质循环改变，故相当于一个旋转的磁场。这种电动机并
不像直流电动机有电刷或集电环，依据所用交流电的种类有单相电动机和三相电动机，单相电动机用在如洗衣机，
电风扇等；三相电动机则作为工厂的动力设备。
工作原理：通过定子产生的旋转磁场与转子绕组的相对运动，
转子绕组切割磁感线产生感应电动势，从而使转子绕组中产生感应电流。转子绕组中的感应电
流与磁场作用，产生电磁转矩，使转子旋转。由于当转子转速逐渐接近同步转速
时，感应电流逐渐减小，所产生的电磁转矩也相应减小，当异步电动机工作在电
动机状态时，转子转速小于同步转速。
图6 异步电动机外观及内部结构
交流换向器电机就是交直流两用电动机，当电机通入交流电，经过换向器，始终在转子绕组里有原电流波形的半个波。其实际工作原理和交流异步电动是一样的，都利用电磁感应原理。
(2) 同步电动机是由直流供电的励磁磁场与电枢的旋转磁场相互作用而产生转矩，以同步转速旋转的交流电动机。
与异步电机相比，同步电机较复杂，造价高。同步电机大多用在大型发电机的场合。而异步电机则几乎全用在电动机场合。同步电机可以通过励磁灵活调节输入侧的电压和电流相位，即功率因数；异步电机的功率因数不可调，因此在一些大的工厂，异步电机应用较多时，可附加一台同步电机做调相机用，用来调节工厂与电网接口处的功率因数。但是，由于同步电机造价高，维护工作量大，现在一般都采用电容补偿功率因数。
3. 按启动与运行方式分可分为电阻启动式单相异步电动机，电容启动式单相异步电动机，电容运转式单相异步电动机，电容启动和运转式单相异步电动机，罩极式单相异步电动机五种。
单相异步电动机广泛应用于工农业及生活电器等领域，如洗衣机、冰箱、空调等。
(1) 电阻启动式单相异步电动机的定子嵌有主相绕组和副相绕组，这两个绕组在空间成90度电角度。副相绕组 一般是串入一个外加电阻经过离心开关与主相绕组并联一起接入电源。但电动机启动到转速达到同步转速的75%~80%时，离心器打开，离心开关片触点断电。
(2) 电容启动式单相异步电动机与电阻启动式单相异步电动机基本上是相同的在定子上也有主相、副相成90度 电角度的两套绕组。副绕组与外接电容器接入离心开关，与主绕组并联，并一起接入电源，在达到同步转速的75%~80%时，副相绕组被切去，成为一台单相电动机。
(3) 电容运转式单相异步电动机的定子绕组也是两套，其基本结构也相同，电容运转式电动机的运行技术指标较之前其他形式运转的电动机要好些，但启动性能较差，电容运转式电动机的容量一般都不大。
(4) 电容启动和运转式单相异步电动机在副相绕组中接入两个电容，其中一个电容通过离心开关在启动完以后就切断电源；另一个则始终参与 副相绕组的工作。在两个电容器中启动电容器的容量大，运转电容器的容量小。它综合了电容启动和电容运转电动机的优点，具有较好的启动和运转性能。
(5) 罩极式单相异步电动机结构较简单一般采用凸极定子主绕组是一个集中绕组，副相绕组是一个单匝的短路环，称为罩极线圈这种电动机虽然性能较差，但结构牢固，价格便宜。
4. 按转子结构分可分为鼠笼型异步电动机和绕线型异步电动机。
（1）鼠笼式电机的转子绕组是由插入每个转子中的单个导体和两端的环形端环组成。若去掉铁芯，整个绕组的外形像一个关松鼠的笼子。它的特点是结构教简单。
（2）绕线式电机的转子绕组是一个对称的三相绕组，这个三相绕组接成星形，并接到转轴上三个集电环，再通过电刷使转子绕组与外电路接通，它的特点是启动性能和调速性能好。
5. 按运转速度可分为低速电动机，高速电动机，恒速电动机和调速电动机四类。
(1) 低速电动机是有普通电机与特制的变速机构置于一体内来实现低速的。
低速电动机是一种旋转式机器，主要包括一个用以产生磁场的电磁铁绕组或分布的定子绕组和一个旋转电枢或转子，其导线中有电流通过并受磁场的作用而使其转动，这些机器中有些类型可作电动机用，也可作发电机用。它的转速一般在100r/min以下，低速电机减少了因传动机构所造成的功率损失，提高了设备的安装精度和传动效率，维修简便，可连续运行，噪音低，寿命长。
(2) 高速电动机通常是指转速超过10000r/min的电机。由于转速较高，所以电机功率密度高而体积远小于功率普通的电机，可以有效地节约材料。它可以与原动机相连，取消了传统的减速结构，传动效率高 ，噪音小，动态响应快。
(3) 调速电动机是利用改变电机的级数、电压、电流、频率等方法改变电机的转速，以使电机达到较高的使用性能的一种电机。调速方法包括变极对数调速方法、变频调速方法、串及调速方法、绕线式电机转子串电阻调速方法、定子调压调速方法、电磁调速方法、液力耦合器调速方法。
6. 按用途分可分为驱动用电动机和控制用电动机，驱动用电动机又可分为电动工具用电动机，家用电动机和通用小型机械设备用电动机。控制用电动机可分为步进电动机和伺服电动机。
2.4. 调查方法：本次调查主要是通过网上检索，查阅相关图书的方法进行的。 3 调查总结
通过本次调查，我了解了许多关于电机的知识，对于电机，它种类繁多，也都有各自的优缺点，用途也十分广泛。只有充分扬长避短，才能使它们得到更好的应用，让我们的生活更美好。
4 参考文献：
[1] 格雷斯. 电机基本理论与工程实践. 北京 :人民邮电出版社. 2012-01-01.
[2] 郭庆鼎，赵希梅. 直流无刷电动机原理与技术应用. 北京：中国电力出版社. 2008-01-01.
[3] 王成元，夏加宽，孙宜标. 现代电机控制技术. 北京：机械工业出版社. 2009-01-01.
[4] 柴海波. 电机设计与优化CAD系统研究与实现. 华中科技大学. 2012-01-01.
[5] 中国电器工业协会微电机分会，西安微电机研究所. 微特电机应用手册. 福建. 福建科技出版社. 2007-11-1.
哈尔滨工业大学
寒假社会调查报告
题 目： 电机种类及其使用情况调查 指导教师： 院 系： 电气学院电气工程系 班 级： 11306108 姓 名： 况麒麒 学 号： 1130610823 日 期：
电机类型及其使用情况调查
1 调查背景
从1820年丹麦物理教学家奥斯特发现了电流的磁效应以来，各种发现不断地涌现出来。1821年，英国科学家法拉第总结了载流导体在磁场中受力并发生机械运动的现象他的模型可以认为是现代直流电动机的雏形。1824年，阿拉果发现了旋转磁场，为交流感应电动机的发明奠定了基础。1831年，法拉第发现了电磁感应定律，并发明了单极直流电动机。1834年俄国物理学家雅可比设计并制成了第一台实用的直流电动机。1864年，英国物理学家麦克斯韦创立了完整的经典电磁学理论体系为电机电磁场分析奠定了基础。1888年，特斯拉发明了感应电动机。随着时代的进步，各种各样功能不同的电机被不断地发明出来。
电机的发展历史大致可分为四个阶段，1. 直流电机阶段，2. 交流电机阶段，
3. 控制电机阶段，4. 特种电机阶段。
本次调查主要是想通过调查能让我们加深对电机的了解，为以后的学习工作打下一定的基础。
2 调查内容
2.1 时间安排：本次调查主要安排在寒假假期。
2.2 调查对象：本次调查主要调查电机的类型和电机的使用情况。
2.3 调查内容：电机类型有很多，分类方法也各种各样。下面主要介绍按工作电源和按结构和工作原理两种分类方法中的电机。
1. 按工作电源分，包括直流电动机和交流电动机，其中交流电动机又分为单相电动机和三相电动机；直流电动机分为无刷直流电动机和有刷直流电动机，有刷直流电动机又分为永磁直流电动机和电磁直流电动机。永磁直流电动机包括稀土永磁直流电机，铁氧体永磁直流电机，铝镍钴永磁直流电机三类; 电磁直流电机包括串励直流电机，并励直流电机，和复励直流电机三类。
(1) 直流电动机是依靠直流工作电压运行的电动机，广泛应用于收录机、录像机、影碟机、电动剃须刀、电吹风、电子表、玩具等。
直流电机具有响应快速、有较大的起动转矩、从零转速至额定转速具备可提供额定转矩的性能，调速特性好，能承受频繁冲击负载，过载能力强。能实现频繁快速、制动以及逆向旋转。但直流电机的优点也正是它的缺点，因为直流电机要产生额定负载下恒定转矩的性能，则电枢磁场与转子磁场须恒维持90°，这就要藉由碳刷及整流子。碳刷及整流子在电机转动时会产生火花、碳粉因此除了会造成组件损坏之外，使用场合也受到限制。
交流电机没有碳刷及整流子，免维护、坚固、应用广，但特性上若要达到相当于直流电机的性能须用复杂控制技术才能达到。微处理机速度亦越来越快，可实现将交流电机控制置于一旋转的两轴直交坐标系统中，适当控制交流电机在两轴电流分量，达到类似直流电机控制并有与直流电机相当的性能。
（一）无刷直流电机工作原理（如图1所示）：无刷直流电机是以电子方式控制交流电机换相，得到类似直流电机特性又没有直流电机机构上缺失的一种应用。无刷直流电动机是采用半导体开关器件来实现电子换向的，
即用电子开关器件代替传统的接触式换向器和电刷。它具有可靠性高、无换向火花、机械噪声低等优点，广泛应用于高档录音座、录像机、电子仪器及自动化办公设备。
无刷直流电动机由永磁体转子、多极绕组定子、位置传感器等组成。位置传感按转子位置的变化，沿着一定次序对定子绕组的电流进行换流（即检测转子磁极相对定子绕组的位置，并在确定的位置处产生位置传感信号，经信号转换电路处理后去控制功率开关电路，按一定的逻辑关系进行绕组电流切换）。定子绕组的工作电压由位置传感器输出控制的电子开关电路提供。位置传感器有磁敏式、光电式和电磁式三种类型。采用磁敏式位置传感器的无刷直流电动机，其磁敏传感器件装在定子组件上，用来检测永磁体、转子旋转时产生的磁场变化。
图1 无刷直流电机工作原理图
①永磁无刷直流电机（如图3所示）是由一块或多块永磁体建立磁场的直流电机，其性能与恒定励磁电流的他励直流电动机相似，可以由改变电枢电压来方便地调速。与他励式直流电动机相比，具有体积小、效率高、结构简单、用铜量
少等优点，是小功率直流电动机的主要类型。
永磁无刷直流电动机的定子绕组多做成三相对称星形接法，同三相异步电机十分相似。电动机的转子上粘有已充磁的永磁体，为了检测电动机转子的极性，在电动机内装有位置传感器。驱动器由功率电子器件和集成电路等构成，其功能是：接受电动机的启动、停止、制动信号，以控制电动机的启动、停止和制动；接受位置传感器信号和正反转信号，用来控制逆变桥各功率管的通断，产生连续转矩；接受速度指令和速度反馈信号，用来控制和调整转速；提供保护和显示等等。
永磁无刷直流电机的位置传感器编码使通电的两相绕组合成磁场轴线位置超前转子磁场轴线位置，所以不论转子的起始位置处在何处，电动机在启动瞬间就会产生足够大的启动转矩，因此转子上不需另设启动绕组。
由于定子磁场轴线可视作同转子轴线垂直，在铁芯不饱和的情况下，产生的平均电磁转矩与绕组电流成正比，与他励直流电动机的电流-转矩特性一样。
图3 永磁无刷直流电机原理图
永磁无刷直流电动机主要应用有汽车车轮驱动，汽车空调，变频式空调，精密电子设备和器械等。
②电磁式直流电机主要由定子磁极、转子（电枢）、换向器（俗称整流子）、电刷、机壳、轴承等构成，其中定子磁极（主磁极）由铁心和励磁绕组构成，按其励磁方式不同，电磁式直流电机可分为串励直流电动机、并励直流电动机、他励直流电动机和复励直流电动机。
应用领域：电磁式直流电机主要应用在工农业生产、交通运输、国防、商业及家用电器、医疗电器设备等领域。
（二）有刷直流电机工作原理：有刷直流电机的定子上安装有固定的主磁极和电刷，转子上安装有电枢绕组和换向器。直流电源的电能通过电刷和换向器进入电枢绕组，产生电枢电流，电枢电流产生的磁场与主磁场相互作用产生电磁转矩，使电机旋转带动负载。由于电刷和换向器的存在，有刷电机的结构复杂，可靠性差，故障多，维护工作量大，寿命短，噪音大，换向火花易产生电磁干扰。
有刷直流电机的工作原理图（如图2所示）。在有刷直流电机的固定部分有磁铁，这里称作主磁极;固定部分还有电刷。转动部分有环形铁芯和绕在环形铁
芯上的绕组。
图2 有刷直流电机原理图
目前很多低价位的电动自行车广泛采用了这种电机。但这种电机扭矩小，载重负荷小，爬坡能力不佳，使用时耗电较多，仍然采用机械式的电刷换相器，电机寿命问题尚未得到解决，因此中高档电动自行车均未采用这种电机。
(2) 交流电动机，是将交流电的电能转变为机械能的一种机器。交流电动机主要由一个用以产生磁场的电磁铁绕组或分布的定子绕组和一个旋转电枢或转子组成。电动机利用通电线圈在磁场中受力转动的现象而制成的。
交流电动机工作原理（如图4所示）：由定子和转子组成，定子就是电磁铁，转子就是线圈。而定子和转子是采用同一电源的，所以，定子和转子中电流的方向变化总是同步的，即线圈中的电流方向变了，同时电磁铁中的电流方向也变，根据左手定则，线圈所受磁力方向不变，线圈能继续转下去。关于二个铜环的作用：二个铜环配上相应的二个电刷，电流就能源源不断的被送入线圈。这个设计的好处是：避免了二根电源线的緾绕问题，因为线圈是不停的转的，用二条导线向线圈供电的话，二根电源线便会缠绕。 关于线圈中的电流由于是交流电，是有电流等于零的时刻，不过这个时刻同有电流的时间比起来实在是太短了，更何况线圈有质量，具有惯性，由于惯性线圈就不会停下来。
交流电动机是根据交流电的特性，在定子绕组中产生旋转磁场，然后使转子线圈做切割磁感线的运动，使转子线圈产生感应电流，感应电流产生的感应磁场和定子的磁场方向相反，才使转子有了旋转力矩。
图4 交流电动机工作原理图
交流电机结构简单，成本较低，维护维修简单，但自身完成不了调速，由于我们日常生活中使用的是交流电，所以交流电动机应用十分广泛。
（一）单相电动机工作原理（如图5所示）：当单相正弦电流通过定子绕组时，电机就会产生一个交变磁场，这个磁场的强弱和方向随时间作正弦规律变化，但在空间方位上是固定的，所以又称这个磁场是交变脉动磁场。这个交变脉动磁场可分解为两个以相同转速、旋转方向互为相反的旋转磁场，当转子静止时，这两个旋转磁场在转子中产生两个大小相等、方向相反的转矩，使得合成转矩为零，所以电机无法旋转。当我们用外力使电动机向某一方向旋转时（如顺时针方向旋转），这时转子与顺时针旋转方向的旋转磁场间的切割磁力线运动变小；转子与逆时针旋转方向的旋转磁场间的切割磁力线运动变大。这样平衡就打破了，转子所产生的总的电磁转矩将不再是零，转子将顺着推动方向旋转起来。
要使单相电机能自动旋转起来，我们可在定子中加上一个起动绕组，起动绕组与主绕组在空间上相差90度，起动绕组要串接一个合适的电容，使得与主绕组的电流在相位上近似相差90度，即所谓的分相原理。这样两个在时间上相差90度的电流通入两个在空间上相差90度的绕组，将会在空间上产生（两相）旋转磁场，在这个旋转磁场作用下，转子就能自动起动，起动后，待转速升到一定时，借助于一个安装在转子上的离心开关或其他自动控制装置将起动绕组断开，正常工作时只有主绕组工作。因此，起动绕组可以做成短时工作方式。但有很多时候，起动绕组并不断开，我们称这种电机为单相电机，要改变这种电机的转向，只要把辅助绕组的接线端头调换一下即可。
单相电动机效率较低较低，一般用在家用电器上。
图5 单相电机工作原理图 （二）三相电动机是指当电机的三相定子绕组（各相差120度电角度），通入三相交流电后，将产生一个旋转磁场，该旋转磁场切割转子绕组，从而在转子绕组中产生感应电流（转子绕组是闭合通路），载流的转子导体在定子旋转磁场作用下将产生电磁力，从而在电机转轴上形成电磁转矩，驱动电动机旋转，并且电机旋转方向与旋转磁场方向相同。
与单相异步电动机相比，三相异步电机结构简单，制造方便，运行性能好，并可节省各种材料，价格便宜。但功率因数滞后，轻载功率因数低，调速性能差。
三相异步电机功率大，主要制成大型电机。它一般用于有三相电源的大型工业设备中。
2. 按结构和工作原理分，分为直流电动机，异步电动机，和同步电动机 。异步电动机又分为感应电动机和交流换向器电动机：感应电动机分为单相异步电动机，三相异步电动机和罩极异步电动机三种；交流换向器电动机分为单相串励
电动机，交直流两用电动机，推斥电动机三种。同步电动机分永磁同步电动机，磁阻同步电动机和磁滞同步电动机三类。
上面已经对直流电动机做过相关介绍，这里就不再缀余。
(1) 异步电动机（如图6所示）：通常异步电动机又称感应电动机，即转子置于旋转磁场中，在旋转磁场的作用下，获得一个转动力矩，因而转子转动。转子是可转动的导体，通常多呈鼠笼状。定子是电动机中不转动的部分，
主要任务是产生一个旋转磁场。旋转磁场并不是用机械方法来实现。而是以交流电通于数
对电磁铁中，使其磁极性质循环改变，故相当于一个旋转的磁场。这种电动机并
不像直流电动机有电刷或集电环，依据所用交流电的种类有单相电动机和三相电动机，单相电动机用在如洗衣机，
电风扇等；三相电动机则作为工厂的动力设备。
工作原理：通过定子产生的旋转磁场与转子绕组的相对运动，
转子绕组切割磁感线产生感应电动势，从而使转子绕组中产生感应电流。转子绕组中的感应电
流与磁场作用，产生电磁转矩，使转子旋转。由于当转子转速逐渐接近同步转速
时，感应电流逐渐减小，所产生的电磁转矩也相应减小，当异步电动机工作在电
动机状态时，转子转速小于同步转速。
图6 异步电动机外观及内部结构
交流换向器电机就是交直流两用电动机，当电机通入交流电，经过换向器，始终在转子绕组里有原电流波形的半个波。其实际工作原理和交流异步电动是一样的，都利用电磁感应原理。
(2) 同步电动机是由直流供电的励磁磁场与电枢的旋转磁场相互作用而产生转矩，以同步转速旋转的交流电动机。
与异步电机相比，同步电机较复杂，造价高。同步电机大多用在大型发电机的场合。而异步电机则几乎全用在电动机场合。同步电机可以通过励磁灵活调节输入侧的电压和电流相位，即功率因数；异步电机的功率因数不可调，因此在一些大的工厂，异步电机应用较多时，可附加一台同步电机做调相机用，用来调节工厂与电网接口处的功率因数。但是，由于同步电机造价高，维护工作量大，现在一般都采用电容补偿功率因数。
3. 按启动与运行方式分可分为电阻启动式单相异步电动机，电容启动式单相异步电动机，电容运转式单相异步电动机，电容启动和运转式单相异步电动机，罩极式单相异步电动机五种。
单相异步电动机广泛应用于工农业及生活电器等领域，如洗衣机、冰箱、空调等。
(1) 电阻启动式单相异步电动机的定子嵌有主相绕组和副相绕组，这两个绕组在空间成90度电角度。副相绕组 一般是串入一个外加电阻经过离心开关与主相绕组并联一起接入电源。但电动机启动到转速达到同步转速的75%~80%时，离心器打开，离心开关片触点断电。
(2) 电容启动式单相异步电动机与电阻启动式单相异步电动机基本上是相同的在定子上也有主相、副相成90度 电角度的两套绕组。副绕组与外接电容器接入离心开关，与主绕组并联，并一起接入电源，在达到同步转速的75%~80%时，副相绕组被切去，成为一台单相电动机。
(3) 电容运转式单相异步电动机的定子绕组也是两套，其基本结构也相同，电容运转式电动机的运行技术指标较之前其他形式运转的电动机要好些，但启动性能较差，电容运转式电动机的容量一般都不大。
(4) 电容启动和运转式单相异步电动机在副相绕组中接入两个电容，其中一个电容通过离心开关在启动完以后就切断电源；另一个则始终参与 副相绕组的工作。在两个电容器中启动电容器的容量大，运转电容器的容量小。它综合了电容启动和电容运转电动机的优点，具有较好的启动和运转性能。
(5) 罩极式单相异步电动机结构较简单一般采用凸极定子主绕组是一个集中绕组，副相绕组是一个单匝的短路环，称为罩极线圈这种电动机虽然性能较差，但结构牢固，价格便宜。
4. 按转子结构分可分为鼠笼型异步电动机和绕线型异步电动机。
（1）鼠笼式电机的转子绕组是由插入每个转子中的单个导体和两端的环形端环组成。若去掉铁芯，整个绕组的外形像一个关松鼠的笼子。它的特点是结构教简单。
（2）绕线式电机的转子绕组是一个对称的三相绕组，这个三相绕组接成星形，并接到转轴上三个集电环，再通过电刷使转子绕组与外电路接通，它的特点是启动性能和调速性能好。
5. 按运转速度可分为低速电动机，高速电动机，恒速电动机和调速电动机四类。
(1) 低速电动机是有普通电机与特制的变速机构置于一体内来实现低速的。
低速电动机是一种旋转式机器，主要包括一个用以产生磁场的电磁铁绕组或分布的定子绕组和一个旋转电枢或转子，其导线中有电流通过并受磁场的作用而使其转动，这些机器中有些类型可作电动机用，也可作发电机用。它的转速一般在100r/min以下，低速电机减少了因传动机构所造成的功率损失，提高了设备的安装精度和传动效率，维修简便，可连续运行，噪音低，寿命长。
(2) 高速电动机通常是指转速超过10000r/min的电机。由于转速较高，所以电机功率密度高而体积远小于功率普通的电机，可以有效地节约材料。它可以与原动机相连，取消了传统的减速结构，传动效率高 ，噪音小，动态响应快。
(3) 调速电动机是利用改变电机的级数、电压、电流、频率等方法改变电机的转速，以使电机达到较高的使用性能的一种电机。调速方法包括变极对数调速方法、变频调速方法、串及调速方法、绕线式电机转子串电阻调速方法、定子调压调速方法、电磁调速方法、液力耦合器调速方法。
6. 按用途分可分为驱动用电动机和控制用电动机，驱动用电动机又可分为电动工具用电动机，家用电动机和通用小型机械设备用电动机。控制用电动机可分为步进电动机和伺服电动机。
2.4. 调查方法：本次调查主要是通过网上检索，查阅相关图书的方法进行的。 3 调查总结
通过本次调查，我了解了许多关于电机的知识，对于电机，它种类繁多，也都有各自的优缺点，用途也十分广泛。只有充分扬长避短，才能使它们得到更好的应用，让我们的生活更美好。
4 参考文献：
[1] 格雷斯. 电机基本理论与工程实践. 北京 :人民邮电出版社. 2012-01-01.
[2] 郭庆鼎，赵希梅. 直流无刷电动机原理与技术应用. 北京：中国电力出版社. 2008-01-01.
[3] 王成元，夏加宽，孙宜标. 现代电机控制技术. 北京：机械工业出版社. 2009-01-01.
[4] 柴海波. 电机设计与优化CAD系统研究与实现. 华中科技大学. 2012-01-01.
[5] 中国电器工业协会微电机分会，西安微电机研究所. 微特电机应用手册. 福建. 福建科技出版社. 2007-11-1.