Know-How系列 | 電動(dòng)汽車的電機(jī)是如何工作的？

2024-12-04 19:39:07·

為了應(yīng)對(duì)“化石燃料不足”的未來(lái)時(shí)代，電機(jī)正在作為新的動(dòng)力系統(tǒng)，被廣泛應(yīng)用在從汽車到供暖的諸多行業(yè)中。傳統(tǒng)電機(jī)的基本原理很好理解，即磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)軸，那么您知道它究竟是如何工作的嗎？

在本篇文章中，埃馬克將通過(guò) 5 組問(wèn)答為您進(jìn)行詳細(xì)講解。

1. 電機(jī)的驅(qū)動(dòng)力有什么特別？

其基本思想非常簡(jiǎn)單，就是電磁學(xué)原理：當(dāng)電流流過(guò)導(dǎo)體時(shí)，導(dǎo)體周圍會(huì)形成環(huán)形磁場(chǎng)。電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)者正是利用了這一效應(yīng)。電機(jī)內(nèi)部有一個(gè)固定的部件（定子），其內(nèi)又有一個(gè)移動(dòng)的磁性部件（轉(zhuǎn)子）。電流流經(jīng)定子的各個(gè)部分，并產(chǎn)生所提到的磁場(chǎng)，從而使（同樣具有磁性的）轉(zhuǎn)子保持連續(xù)運(yùn)動(dòng)。由于磁場(chǎng)的方向取決于電流的方向，因此磁場(chǎng)的極性可以快速反轉(zhuǎn)。當(dāng)然，在使用不同電流，如直流電、交流電還是三相電流時(shí)，這種方法也有不同的版本。

直流電機(jī)原理示意圖

（圖片來(lái)源：MichaelFrey, CC BY-SA 3.0 ,MichaelFrey, CC BY-SA 3.0 , https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0, via Wikimedia Commons）

2. 電機(jī)是由誰(shuí)發(fā)明的？

要回答這個(gè)問(wèn)題并不容易，因?yàn)?span style="font-weight:600;">如今功能齊全的電機(jī)是一連串創(chuàng)新的集合體。其中一個(gè)里程碑是邁克爾-法拉第于1821年發(fā)現(xiàn)的電磁旋轉(zhuǎn)。在一次實(shí)驗(yàn)中，他成功地使電流通過(guò)的導(dǎo)體在永磁體的影響下運(yùn)動(dòng)起來(lái)。隨后，多位科學(xué)家開(kāi)發(fā)出了各種電機(jī)的前身。第一個(gè)實(shí)用模型可以追溯到德裔俄羅斯物理學(xué)家莫里茨-赫爾曼-馮-雅各比。1838年9月13日，他的電機(jī)推動(dòng)一艘電動(dòng)船在圣彼得堡的涅瓦河上行駛。起初，它僅以每小時(shí)2.5公里的速度行駛了7.5公里。后來(lái)，這位物理學(xué)家將電動(dòng)機(jī)的輸出功率提高到每小時(shí)4公里。

3. 電動(dòng)汽車有什么特別之處嗎？

首先要注意的是，電動(dòng)汽車主要采用交流電機(jī)，因?yàn)橹绷麟姍C(jī)的效率較低，功率密度也較低。在汽車中，也有異步電機(jī)和同步電機(jī)之分。在前者中，通過(guò)感應(yīng)磁化的轉(zhuǎn)子位于定子的磁場(chǎng)中，轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)落后于定子磁場(chǎng)。因此，兩者并不同步，這種電機(jī)變體就被稱為"異步電機(jī)"。它有兩大優(yōu)點(diǎn)，首先，它的設(shè)計(jì)相對(duì)簡(jiǎn)單；其次，它可以簡(jiǎn)單地?cái)嚯?，然后無(wú)阻力地移動(dòng)。

相反，在同步電機(jī)中，轉(zhuǎn)子和定子的磁場(chǎng)總是同步移動(dòng)。電動(dòng)汽車也采用了這種原理，盡管它比異步電機(jī)效率更高。有些制造商會(huì)在轉(zhuǎn)子中使用永久磁鐵，包括稀土，這就增加了成本。不過(guò)，也有不使用永久磁鐵的同步電機(jī)。

4. 電機(jī)的未來(lái)發(fā)展會(huì)怎樣？

顯而易見(jiàn)，電動(dòng)交通是許多不同領(lǐng)域的未來(lái)趨勢(shì)，例如火車或輪船。未來(lái)能否用電力驅(qū)動(dòng)飛機(jī)，這個(gè)問(wèn)題也尤為引人關(guān)注，全球多所大學(xué)都正在對(duì)此進(jìn)行深入探究。有一點(diǎn)是肯定的：飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)只不過(guò)是速度極快、功率極大的風(fēng)扇，完全可以實(shí)現(xiàn)電力驅(qū)動(dòng)。然而，目前所需的電機(jī)仍然非常大。因此，研究人員正在研究體積更小的新一代電子驅(qū)動(dòng)器。

5. 什么對(duì)汽車生產(chǎn)很重要？

對(duì)于汽車生產(chǎn)來(lái)說(shuō)，轉(zhuǎn)子、定子或電機(jī)外殼等核心部件需要極高的精度，同時(shí)，它們的數(shù)量也在大幅增加。因此，生產(chǎn)計(jì)劃人員正在尋找 "來(lái)自單一來(lái)源 "的創(chuàng)新解決方案，以更高效、可靠地加工這些部件。