Know-How系列 | 電動汽車的電機是如何工作的？

2024-12-04 19:39:07·

為了應對“化石燃料不足”的未來時代，電機正在作為新的動力系統(tǒng)，被廣泛應用在從汽車到供暖的諸多行業(yè)中。傳統(tǒng)電機的基本原理很好理解，即磁場驅(qū)動軸，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 5 組問答為您進行詳細講解。

1. 電機的驅(qū)動力有什么特別？

其基本思想非常簡單，就是電磁學原理：當電流流過導體時，導體周圍會形成環(huán)形磁場。電動機的設(shè)計者正是利用了這一效應。電機內(nèi)部有一個固定的部件（定子），其內(nèi)又有一個移動的磁性部件（轉(zhuǎn)子）。電流流經(jīng)定子的各個部分，并產(chǎn)生所提到的磁場，從而使（同樣具有磁性的）轉(zhuǎn)子保持連續(xù)運動。由于磁場的方向取決于電流的方向，因此磁場的極性可以快速反轉(zhuǎn)。當然，在使用不同電流，如直流電、交流電還是三相電流時，這種方法也有不同的版本。

直流電機原理示意圖

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

2. 電機是由誰發(fā)明的？

要回答這個問題并不容易，因為如今功能齊全的電機是一連串創(chuàng)新的集合體。其中一個里程碑是邁克爾-法拉第于1821年發(fā)現(xiàn)的電磁旋轉(zhuǎn)。在一次實驗中，他成功地使電流通過的導體在永磁體的影響下運動起來。隨后，多位科學家開發(fā)出了各種電機的前身。第一個實用模型可以追溯到德裔俄羅斯物理學家莫里茨-赫爾曼-馮-雅各比。1838年9月13日，他的電機推動一艘電動船在圣彼得堡的涅瓦河上行駛。起初，它僅以每小時2.5公里的速度行駛了7.5公里。后來，這位物理學家將電動機的輸出功率提高到每小時4公里。

3. 電動汽車有什么特別之處嗎？

首先要注意的是，電動汽車主要采用交流電機，因為直流電機的效率較低，功率密度也較低。在汽車中，也有異步電機和同步電機之分。在前者中，通過感應磁化的轉(zhuǎn)子位于定子的磁場中，轉(zhuǎn)子磁場落后于定子磁場。因此，兩者并不同步，這種電機變體就被稱為"異步電機"。它有兩大優(yōu)點，首先，它的設(shè)計相對簡單；其次，它可以簡單地斷電，然后無阻力地移動。

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

4. 電機的未來發(fā)展會怎樣？

顯而易見，電動交通是許多不同領(lǐng)域的未來趨勢，例如火車或輪船。未來能否用電力驅(qū)動飛機，這個問題也尤為引人關(guān)注，全球多所大學都正在對此進行深入探究。有一點是肯定的：飛機發(fā)動機只不過是速度極快、功率極大的風扇，完全可以實現(xiàn)電力驅(qū)動。然而，目前所需的電機仍然非常大。因此，研究人員正在研究體積更小的新一代電子驅(qū)動器。

5. 什么對汽車生產(chǎn)很重要？

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