当前位置: 马达 >> 马达前景 >> 电动汽车中的电动机工作原理
电动汽车的传动系统选择丰富,电动机的放置方式对车辆的动力输送和用途具有举足轻重的影响。这些电动汽车的配置灵活多变,可以是单电机、双电机、三电机,甚至每个车轮配置一个电机。在深入探讨这些电动机配置之前,让我们先来了解一下电动机在电动汽车中的工作原理。
电动机的工作原理
电动汽车发动机的工作原理,是一种物理过程,即利用电流在称为定子的固定部件上产生磁场,带动称为转子的旋转部件运动电能,由于马达相连的电池提供给定子由导线制成的线圈,分别布置在定子或定子的两侧,在某种程度上起到磁铁的作用。因此,当汽车电池的电能供应给电机时线圈会产生旋转磁场,旋转的转子产生转动汽车齿轮所需的机械能从而转动轮胎,这就是电动机的简单工作原理,下面我们来介绍不同的电动机类型以及他们的作用。
直流电动机
直流电机分为有刷直流电机与无刷直流电机
无刷直流电动机是一种最简单的直流电动机,它使用电刷通过机械换向将电流传输到换向器。电枢是一个电磁铁磁场,磁体是永久磁体。它的优点是能够在低速时提供最大扭矩,但是它的缺点也很突出:结构笨重、电刷效率低、工作时会产生较多热量。因此,电动汽车中很少使用有刷直流电动机。
有刷直流电动机是一种带有永磁体的,它被称为无刷是因为它没有换向器和电刷装置。它具有牵引特性,如高启动扭矩、高效率约95%至98%以及采用高功率密度设计方法。适用于最大功率为60千瓦的小型汽车。缺点是恒定功率范围短,随着速度的增加而扭矩减少、用磁体成本高。
异步电机
根据法拉第电磁感应定律,当闭合电路的一部分导体在磁场里切割磁感线运动时,导体中就会产生感应电流,这种产生的电动势被称为感应电动势。在交流异步电机中,电动机可以作为发电机使用。当定子中的三相电流被通入以产生激磁电流,从而提供磁场时,转子上绕组作为导体。当转子通过外部机械力,如汽车驱动轴的带动,开始运动时,如果转子的转速高于定子旋转磁场的同步转速,那么交流异步电机就变成了发电机。此时,转子切割旋转磁场的方向与作为驱动电机转子工作时相反,因此感应电动势的方向也相反。
在发电过程中,电机转子会受到与外力拖动相反的电磁阻力矩,导致转子速度下降。交流异步电机的优点在于其输出扭矩可以在大范围内调整,因此能在加速或者爬坡时短时间内强制提高输出扭矩。然而,它的缺点也很明显:由于单边励磁,启动电流较大,产生单位转矩需要的电流较大。此外,定子中存在无功励磁电流,导致能耗比永磁同步电机大,功率因数滞后。在重载驱动时,交流异步电机经常出现过负荷现象。
虽然交流异步电机的结构相对复杂,其控制技术要求高,制造成本高,且功率密度相对低,但目前美国研制的电驱动汽车多采用交流异步电机作为驱动电机。
永磁同步电动机
永磁同步电机,以永久磁铁取代励磁绕组,如一股强大的磁力注入转子内心,催生出同步旋转的磁极。它的构造仿佛无刷直流电动机的翻版,永磁体是其核心,赋予了它高功率密度与高效率的牵引特性。额定功率的巅峰,它可轻松触及,而昂贵的身价,也使其卓尔不群。
其优势在于:无需借助齿轮系统的辅助,即可在各速度区间驰骋,即使低速行驶,也拥有惊人的扭矩。然而,高速运行期间,电动机的损伤亦不容小觑。
工作原理揭秘:定子绕组、转子鼠笼绕组与永磁体三者磁场相互作用,启动与运行一气呵成。
开关磁阻电机
开关磁阻电动机,又被称为“开关磁阻电动机驱动系统”,是一种典型的机电一体化电动机。它主要由四部分组成:开关磁阻电动机本体、功率变换器、转子位置传感器以及控制器。开关磁阻电动机本体结构精密而复杂,包括定子、转子、位置传感器、前后轴承、前后端盖和电机壳体等。其中,定子部分包括定子铁心和绕组,而定子铁心和转子都采用凸极结构。这种设计使得定子凸极铁心和转子都由硅钢片叠加而成,而定子凸极上则布置有绕组。值得一提的是,转子上并无绕组和永磁体,这也是开关磁阻电动机的一大特点。