电机制造业的先驱-斯坦梅茨：磁滞电机原理的发明者

斯坦梅茨（ Steinmetz 1865-1923）是德国出生的美国数学家和电机工程师，联合学院教授。他促进了交流电的发展，使美国电力工业的发展成为可能，为工程师们制定了数学理论。他在对磁滞现象的理解上有了突破性的发现，使工程师能够设计出更好的电磁设备，特别是工业用电机。

斯坦梅茨的工作使交流电路理论和分析发生了革命性的变化，交流电路理论和分析是用复杂、耗时的基于微积分的方法进行的。在1893年7月美国电气工程师学会会议上发表的开创性论文《复数及其在电气工程中的应用》中，将这些复杂的方法简化为“一个简单的代数问题”。他系统化地使用复数相量表示在电气工程教育文本中，其中小写字母“j”用于指定交流系统分析中的90度旋转算子。他的开创性著作和许多其他论文“教了整整一代工程师如何处理交流现象”。

磁滞马达

传统同步马达从静止状态下启动需要辅助装置，但磁滞马达并不需要这些辅助装置。只需在线圈中接入交流电流，就能够顺畅地启动/加速，即使负载变动较大，也能保持固定速度，达到同步速度。磁滞马达就是其中之一，是一种用于磁带录音机上的非常好用的马达，磁带录音机在将信息记录、保存、读出到磁性介质（较长的磁带），可以称之为技术史上的重要装置。磁滞电机以固定速度移动磁带，对于模拟信号来讲是一种非常重要的技术，以简单的构造实现这种功能。

斯坦梅茨方程来源于他的实验，定义了磁性材料单位面积每循环释放的磁滞所产生的近似热能。斯坦梅茨固体是两个或三个半径相等的圆柱体以直角相交而产生的固体，斯坦梅茨等效电路理论在异步电动机的设计和测试中仍有广泛的应用。

磁滞

他的思路源自输电变压器产生的磁滞损耗理论，发现磁滞不仅仅会损耗，如果用于交流马达的话，会产生扭矩。所谓磁滞，是指B-H特性的时间关系绘制出下图所示的环形，将B-H特性为沿通过原点的曲线或直线进行变化的磁钢称为软磁材料，当前的B-H状态会因过去的状态而异的是硬磁材料，永久磁铁为硬磁材料。

磁滞技术局限性导致无刷马达的出现

在使用磁带记录、播放的模拟信息从声音向图像转变时，磁滞马达显现出它的局限性，与此同时，磁记录也变成数字式，媒介变成硬盘。进行驱动的马达是使用永久磁铁的无刷马达。世界交流频率分为50Hz地区和60Hz地区，马达的转速不同，因此，作为机械手段，利用主动轴的外径设定磁带的周速，单相交流制造二相交流所需的电容器的合理静电容量受频率的影响很大。无刷电机的转子使用铝镍钴磁铁，定子上呈分布式配置线圈，为了检测转子位置，使用了霍尔元件。为了利用直流创建二相交流，使用了4个双极型晶体管，马达构造与磁滞马达几乎相同。

无刷马达构造与磁滞马达差异

无刷马达在材料方面，在转子的环形材料中加入了钴，增大了保磁力，制成真正的永久磁铁，相同尺寸可以有更大的输出。相同输出的话，可以实现小型化。采用变频器，将直流转换为所需频率和电压的交流电是通过变频器实现的，因此电子元件可以使用双极型晶体管。使用位置传感器，变频器中使用的4个晶体管的控制信号需在检测转子旋转角（位置）的同时发生。

结论

斯坦梅茨的研究对象是磁滞对晶体管及大型发电机等的影响，这在今天仍是未完全解决的重要问题。磁滞在产生热（即，将发电获得的电力转换成了无用的热）的同时，产生的扭矩是有益的。通过旋转磁场型马达的基本模型可以很清楚地了解损耗与扭矩的关系，但作为节能效果引人注目的开关磁阻马达，在这些理论上仍然并不完美。因此，利用市场上的设计软件仍无法进行准确的损耗计算和扭矩计算。在进行优秀马达的开发和设计，离不开具有从较深基础研究获得的知识和原材料特性及实测数据的累积，这里面仍蕴藏着电磁力学深奥的探究课题。