电机的历史与未来发展计划
摘要
在现代社会中，电能是现代社会最主要的能源之一。在电能的生产、输送和使用等方面，电机起着重要的作用。从19世纪30年代法拉第发明了世界上第一台真正意义上的电机—法拉第圆盘发电机开始，到现在21世纪10年代，电机的发展已经经过了近200年的历史。从最初的直流电机到现在大热的超声电机，随着科学的进步，生产力的迅猛发展，电机更新换代的速度日益加快，应用范围也越来越广，遍及生产生活的各个领域。我国在电机方面起步比西方国家晚了100年，但研究发展速度很快，很多企业和高校也都有自己新的研究技术，与国外先进国家的差距在逐渐缩短。未来，相信电机的应用和发展将会更加环保，更加智能。
关键词：电机、历史、发展、中国电机发展、未来
1、电机的简介
电机是指依据电磁感应定律实现电能转换或传递的一种电磁装置。电机主要包括发电机、变压器和电动机等类型。发电机是将其他形式的
能源转换成电能的机械设备，电动机将电能转换成为机械能，用来驱动
各种用途的生产机械。
在自然界各种能源中，电能具有大规模集中生产、远距离经济传输、智能化自动控制的突出特点，它不但成为人类生产和活动的主要能源，而且对近代人类文明的产生和发展起到了重要的推动作用。与此相呼应，作为电能生产、传输、使用和电能特性变化的核心装备，电机在现代社会所有行业和部门中也占据着越来越重要的地位。
纵观电机的发展，其应用范围不断扩大，使用要求不断提高，结构类型不断增多，理论研究也不断深入。特别是近30年来，随着电力电子技术和计算机技术的进步，尤其是超导技术的重大突破和新原理；新结构；新材料；新工艺；新方法的不断推动，电机发展更是呈现出勃勃生机，其前景是不可限量的。
2、电机的历史
2.1直流电机发展史
1820年丹麦物理学家奥斯特发现了电流磁效应
随后安培通过总结电流在磁场中所受机械力的情况建立了安培定律
1821 年 9 月法拉第发现通电的导线能绕永久磁铁旋转以及磁体绕载流导体的运动，第一次实现了电磁运动向机械运动的转换，从而建立了电动机的实验室模型，被认为是世界上第一台电机
1822年，法国的阿拉戈.盖.吕萨克发明电磁铁，即用电流通过绕线的方法使其中铁块磁化。
1829年，美国电学家亨利对斯特金电磁铁装置进行了一些革新，绝缘导线代替裸铜导线，就大大提高了把电能转化为磁能的能力。
1826年德国G.S.欧姆提出电路实验定律――欧姆定律。
1831 年，法拉第发现了电磁感应现象之后不久，他又利用电磁感应发明了世界上第一台真正意义上的电机──法拉第圆盘发电机
同年夏天，亨利对法拉第的电动机模型进行了改进，制作了一个简单的装置（振荡电动机）
1832年，斯特金发明了换向器,据此对亨利的振荡电动机进行了改进，并制作了世界上第一台能产生连续运动的旋转电动机
1832年，法国A.H.皮克西在巴黎公开了一台永久磁铁型旋转式交流发电机,如图5所示。一年后，他在发电机上安装整流子，将交流电变为直流电。同年，俄籍德国人H.F.E.楞次提出“电动机－发电机”原理――楞次定律，证明发电机和电动机是可逆的。
1845年，英国的惠斯通用电磁铁代替永久磁铁，这是增强发电机输出功率的一个重要措施。
1854年，丹麦的赫尔特发明了自激式电机。
1857年，英国的惠斯通发明自激电磁铁型发电机。
1860年，意大利的巴奇诺蒂（A.Pacinotti）发明了齿状电枢。
1865 年，意大利物理学家帕其努悌发明了环状发电机电枢。
1866年西门子的创始人维尔纳 .冯.西门子（ W.vonSiemens，1816～1892）制成直流自激、并激式发电机。
1870年格拉姆（Z.T.Gr omme，1826～1901）将T形电枢绕组改为环形电枢绕组,发明了直流发电机，被人们誉为“发电机之父”。
1873年，德国的西门子公司研究发电机的工程师阿特涅用“鼓卷”的方式制成了性能更好的发电机。西门子公司由于阿特涅的这项发明而益发驰名。于是，德国以西门子公司为核心，大力研制各种发电机，着手研究由电动机驱动的车辆，于是西门子公司制成了世界电车。但当时的电动机全是直流电机，只限于驱动电车
1873年，英国詹· 麦克斯韦完成了经典电磁理论基础《电和磁》 ; 电机绕组发展为鼓型绕组，直流电机具备了现代直流电机的基本型式
1880年，爱迪生观察到用叠片铁芯可以减少温升和能耗
1880年，霍普金森确立了磁路的欧姆定律。
1882年，人们就把目光转向交流电机。美国的戈登制造出了输出功率
447KW，高3米，重22吨的两相式巨型发电机。
1891年，阿诺尔德（Arnold）建立直流电枢绕组理论。
2.2交流电机发展史
1824年，尼古拉·特斯拉发明了单向交流发电机。
1876年，出现了原始型式的同步发电机和变压器
1882 — 1885年，匈牙利工程师代里等3人首创变压器。
1884年，闭合磁路的变压器制成，并推广使用
1886年特斯拉（N．Tesla，1856～1943）也制成两相绕线式交流异步电动机模型，1888年特斯拉发明了交流电动机。它是根据电磁感应原理制成，又称感应电动机，这种电动机结构简单，使用交流电，无需整流，无火花，因此被广泛应用于工业的家庭电器中，交流电动机通常用三相交流供电。
1889年，多利沃-多布罗沃利斯基提出了三相制并制成鼠笼式交流异步电动机。
1890年，德国人米夏埃尔· 冯· 多里沃一多勃鲁沃尔斯基制成一架三相电流变压器。
1902年瑞典工程师丹尼尔森首先提出同步电动机构想。
2.3直线电动机
从1930 年到1940 年期间，直线电机进入了实验研究阶段，从1940 年到1955 年期间，世界一些发达国家的科研人员，在实验的基础上，又进行了一些实验应用工作。1945 年，美国西屋电气公司首先研制成功的电力牵引飞机弹射器，它的试验成功，使直线电动机可靠性好等优点受到了应有的重视，随后，美国利用直线电机制成的、用作抽汲钾、钠等液态金属的电磁泵，为的是核动力中的需要。1954 年，英国皇家飞机制造公司利用双边扁平型直流直线电机制成了发射导弹的装置，其速度可达1600km/h。在这个阶段中，尤需值得一提的是，直线电机作为高速列车的驱动装置得到了各国的高度重视并计划予以实施。在1840 年到1955 年是直线电机探索实验和部分实验应用时代，直线电机在这一时代始终未能得到真正的应用。
自1955 年以来，直线电机进入了全面的开发阶段。磁铁型、动圈型等直线电机的成功给开发应用提供了有利的条件。在这期间，以英国莱思韦特教授为首的一些人在强调直线电动机基础研究的情况下，取得了不少研究成果，在此期间，另一类不用外部转换装置而能产生振荡运动的直线振荡电机也产生
了。1962 年West 和Jayawant 设计了作为铁磁谐振器的单相直线电动机。到1965 年以后，随着控制技术和材料性能的显著提高，应用直线电机的实用设备被逐步开发出来。例如采用直线电机的MHD 泵、自动绘图仪、磁头定位驱动装置，电唱机、缝纫机、空气压缩机、输送装置等。
从1971 年始到目前的这个阶段，直线电机终于进入了独立的应用时代，在这个时代，各类直线电机的应用得到了迅速的推广，制成了许多具有实用价值的装置和产品，例如直线电机驱动的钢管输送机、运煤机、起重机、空压机、冲压机、拉伸机、各种电动门、电动窗、电动编织机等等。特别可喜的是利用直线电机驱动的磁悬浮列车，其速度已超500km/h，接近了航空的飞行速度。在这个时期，直线电机领域的研究人员通过对直线电机在历史发展中多次起落的分析，从而找到适合于自己的系统与旋转电机展开竞争，在旋转电机无能为力的地方寻找自己的位置。例如直线电机应用于磁浮列车，液态金属的输送和搅拌，电子缝纫机和磁头定位装置，直线电机冲压机等等。在世界上一些发达国家，许多人和不少著名电气企业均在研究和开发直线电机产品，例如美国的西屋（Westinghouse）公司、德国的西门子（SIEMENS）公司、英国、法国、瑞典、特别是日本，其人员之多和范围之广是世界首屈的。
总体来说，蒸汽机启动了18世纪第一次产业革命以后，19世纪末到20世纪上半叶电机又引发了第二次产业革命，使人类进入了电气化时代。20世纪下半叶的信息技术引发了第三次产业革命，使生产和消费从工业化向自动化、智能化时代转变；推动了新一代高性能电机驱动系统与伺服系统的研究与发展。
3、中国电机发展史
中国电机的生产和应用起步很晚，但发展迅速，中国大功率电机的生产和应用可以追溯到文革时期。1949年全国总装机184.83万千瓦,全国仅有为数不多的电机修理厂。1958年上海电机厂造出世界上第一台双水内冷发电机。在卫星、雷达等应用场合，中国在文化大革命后期，就生产了力矩电机，就生产了环形力矩电机。随着改革开放政策方针的实施，80年代我国电机发展很迅速。步进电机的细分控制，在改革开放初期，国内就已经基本掌握，这与交流电动机的矢量控制相比，难度要低得多。而我国直线电机的研究和应用发展是从20世纪70年代初开始的。国内开展直线电机应用研究的单位主要有：中科院电工所、西安交通大学、浙江大学、上海大学、太原工业大学、焦作矿业学院等。主要成果有工厂行车、电磁锤、冲压机、摩擦压力机、磁分选机、玻璃搅拌、拉伸机、送料机、粒子加速器、邮政分拣机、矿山运输系统、计算机磁盘定位系统、自动绘图仪、直线电机驱动遥控（电动）窗帘机、直线电机驱动门、炒茶机等，我国直线电机研究虽然也取得了一些成绩，但也国外相比，其推广应用方面尚存在很大差距。90年代至今，我国的大功率电机已在重工业上应用很广，技术相对成熟。1999年中科院电工所与东方电机厂合作用蒸发冷却改装成功李家峡400MW 水轮发电机的4 号发电机。
我国小功率电机产业经过40多年的发展，特别是改革开放20多年以来的快速发展，取得了长足进步。特别在家电业和汽车工业取得了很多成功。我国中小型电机有一定生产规模的企业有300多家，生产的电机产品有300多个系列．近l 500个品种。然而中小电机至今还没有形成具有国际影响力的品牌。电机行业亟需重新整合、优胜劣汰，这已成为电机行业的发展趋势。此外，许多境外企业也纷纷到中国投建独资和合资企业。显然，这些境外公司在收购和新建工厂的同时，也带来了资金、先进的技术和管理经验；同时，由于企业的产品绝大部分都是出口外销，使我国电机出口量大增。无疑，国内企业的兼并重组和外资企业的进入，促进了电机行业结构的进一步优化，同时也促进了行业的发展和技术进步。
2007-2013年，我国步进电机制造行业发展较好，除了2009年受金融危机波及导致行业衰退之外，行业产销规模总体上保持着逐年增长的态势。一方面，我国步进电机制造行业的技术发展迅速，所生产的产品已经达到国际水平，国产品种的竞争力在逐渐增强;另一方面，发达国家的步进电机制造行业在向发展中国家转移，我国的步进电机制造行业也因此有着较好发展。
4、未来电机的发展趋势
随着现代高科技产业的发展，其他科学学科和工程方法的进步，功率电子学的发展，材料领域的进步，网络IT技术，分析工具的发展，环境意识和再生能源使用思想，使电机得到了新的发展和应用。
（1）直线电动机
日益成熟的技术，日趋产业化的特征会使其越来越广泛的应用，加入新的技术例如高档的数控机床将会对其发展起明显得推动作用。
（2）直接驱动的永磁电机
与传统电机相比，永磁电机的直接驱动给用户带来了更多的好处。降低了噪声，减少了维修费用，增加了系统可靠性，是未来电机的发展趋势和方向之一。
（3）高温超导电机
高温超导领域的进展也同样为电机的发展提供了新的可能。高温超导电机的优势是明显的，不仅谐波畸变率比传统电机低，其过载能力和效率也是传统电机无法企及的。
（4）超声电机
超声电机是振动和波动学、材料科学、电力电子、自动控制和超精加工等多个学科发展和综合的结晶，利用逆压电效应+超声振动制成。
优点是：响应快，达毫秒级，控制性能好；带有断电自锁；电磁兼容性好，噪声小；可在真空和高温低温下工作；可直接驱动负载。
国内的超声电机起源于20世纪90年代，至今尚无大规模的工程化应用。各高校在此方面的成果有：清华大学的微型电机、浙江大学的纵扭电机、吉林大学的精密驱动器、哈工大的专用摩擦材料等。
（5）磁悬浮电机
利用定子和动子磁场之间“异性相吸，同性相斥”原理使动子悬浮起来，同时产生推进力驱动动子在悬浮状态下运动。因此，定子和动子之间不存在任何机械摩擦，可以产生较高加速度。其发展前景令人鼓舞。
除此之外，电机的控制也正在向着智能化发展，并获得了良好的控制效果。
参考文献
1、百度文库
2、国内外直线电机技术的发展与应用综述—深圳大族电机有限公司
3、电机发展历史及未来趋势—中国矿业大学
4、超声电机的发展历史和研究现状—南京航空航天大学精密驱动研究所
5、未来电机的发展和展望—吴旭升，孙俊忠
6、电机学第三版李发海，朱东起编著北京：科学出版社，2001
7、秦和．电机能效标准国内外综述[G]//第三届中国电机发展论坛专题报告集．2004．
8、电机史话—戴庆忠
9、中国电机工业发展史—包叙定
10、《Induction Machines for Special Purposes》--莱思韦特
自我评价
这篇文论从我自己的角度来看虽涉及面小，但信息量大，从前期的资料准备到中期的结构搭建，到后期完成论文，收获很多电机方面的知识，阅读了不少相关的文献，也有了一些自己对于电机历史和发展的理解和感悟。自己评分的话，我给自己打80分，因为觉得还有很多欠缺的地方。