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火狐娱乐官网:关于电动汽车电机你应该知道的事

2022-06-27 07:40:33 | 来源:火狐娱乐入口 作者:火狐娱乐平台登录

  汽车发烧友一直对发动机狂热,然而电动化势不可挡,有些人的知识储备可能需要更新了。

  今天人们最熟知的是四冲程循环发动机,它也是大多数燃油车的动力来源。类似于内燃机的四冲程、二冲程和汪克尔(Wankel)转子发动机,电动汽车电机可以按转子的差异划分为同步电机和异步电机,异步电机也称为感应电机,而同步电机包含了永磁和电流激励电机。

  定子是电机中保持不动的部分,是电机的固定外壳,像发动机组一样安装在底盘上。而转子是电机中唯一动的部分,类似于曲轴,它通过变速器和差速器将扭矩输送出去。

  定子由定子铁芯、定子绕组和机座三部分组成。定子身上许多平行凹槽,里面塞满了相互连接的铜绕组。

  这些绕组包含整齐的发夹形铜嵌件,增加了槽内的填充密度和线与线的直接接触。密集的绕组提高了扭矩能力,而两端交错更整齐,减少了体积,使整体包装更小。

  定子的主要作用是产生旋转磁场(RMF),而转子的主要作用是在旋转磁场中被磁力线切割进而产生(输出)电流。

  电机使用三相交流电来设置旋转磁场,其频率和功率由响应加速器的电力电子设备控制。电池是直流(DC)设备,因此电动车的电力电子装置包括一个DC-AC逆变器,为定子提供必要的交流电流,以创造最重要的可变旋转磁场。

  但值得指出的是,这些电机也是发电机,这意味着车轮将反向驱动定子内的转子,在另一个方向诱发旋转磁场,通过AC-DC转换器将电力送回电池。

  这个过程被称为再生制动,产生阻力,使车辆减速。再生不仅是延长电动汽车续航能力的核心,也是高效混合动力汽车的核心,因为大量的再生可以提高燃油经济性。但在现实世界中,再生的效率不如“溜车”的效率高,“溜车”可以避免能量损失。

  大多数电动汽车依靠一个单速变速器来降低电机和车轮之间的旋转速度。像内燃机一样,电机在低转速和高负荷时效率最高。

  虽然一辆电动汽车可能在单齿轮的情况下达到不错的续航水平,但质量较大的皮卡和SUV在高速行驶时会使用多速变速器增加续航里程。

  多挡位电动车并不常见,如今,只有奥迪e-tron GT和保时捷Taycan使用双速变速器。

  感应电机诞生于19世纪,它的转子包含纵向的导电材料层或材料条,最常见的是铜,有时是铝。定子的旋转磁场在这些片状物中感应出电流,这反过来又产生了一个电磁场(EMF),开始在定子的旋转磁场内旋转。

  感应电机之所以被称为异步电机,是因为只有在转子速度落后于旋转磁场时,才能产生感应电磁场和旋转扭矩。这类电机很常见,因为它们不需要稀土磁铁,而且制造成本相对较低。但在持续高负荷时,它们的散热能力会差一些,而且在低速时效率本身就较低。

  永磁电机,顾名思义,它的转子拥有自己的磁性,不需要动力来创造转子的磁场。它们在低速时效率更高。这样的转子也与定子的旋转磁场同步转动,因此称之为同步电机。

  但是,用磁铁简单地包裹转子也存在一定问题。首先,这需要更大的磁铁,而且随着重量的增加,在高速情况下难以保持同步。但更大的问题是所谓的高速“反电磁场”,反向电磁磁场增加了阻力,限制了最高端功率,并产生多余的热量,可能会损坏磁铁。

  为了解决这个问题,大多数电动车永磁电机内部都安装有永磁体(IPM),这些永磁体成对地滑入纵向的V型槽中,在转子的铁芯表面下排列成多个裂片。

  V型槽可以使永磁体在高速下保持安全,但磁铁之间产生了一个磁阻扭矩。磁铁要么被其他磁铁吸引,要么被其他磁铁排斥,但普通的磁阻,会把铁转子的裂片吸引到旋转磁场上。

  永磁体在低速时发挥作用,而磁阻扭矩在高速时接管。普锐斯就是采用了这种构造。

  最后一种类型电流激励电机是最近才在电动汽车中出现的,上述两种都属于无刷电机,传统观念认为无刷电机是电动汽车唯一可行的选择。而宝马最近一反常态,在新的i4和iX车型上安装了有刷电流激励的交流同步电机。

  这种类型的电机转子与定子的旋转磁场互动,与永磁转子完全一样,但不配备永磁体,而是采用了六个宽大的铜叶,用直流电池的能量来创造必要的电磁场。

  这需要在转子轴上安装滑环和弹簧刷,因此有人担心刷子会磨损、积灰而弃用这种方法。然而电刷阵列被封存在一个独立的空间内,有一个可拆卸的盖子,电刷磨损是否算得上一个问题还有待观察。

  不使用永磁体避免了稀土成本上升和采矿对环境的影响。这种方案也使得改变转子的磁场强度成为可能,从而实现进一步优化。尽管如此,为转子供电仍会消耗一定的功率,这使得这些电机的效率较低,特别是在低速时,创造磁场所需的能量占总消耗的比例较大。

  在短短的电动车历史中,电流激励的交流同步电机算得上是新兴事物,新想法还有很大的发展空间,而且已经有了重大转折,比如,特斯拉从感应电机概念转向永磁同步电机。而我们进入现代电动车时代还不到十年,一切才刚刚开始。