讓你沒(méi)想到的汽車上竟有這么多電機(jī)

電動(dòng)機(jī)(Motor)是把電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的一種設(shè)備，自從法拉第發(fā)明了第一臺(tái)電動(dòng)機(jī)以來(lái)，我們的生活中已處處離不開(kāi)這種設(shè)備了。

如今，汽車正在從機(jī)械式為主向電為主導(dǎo)的設(shè)備迅速轉(zhuǎn)變，電機(jī)在汽車上的使用也越來(lái)越廣，很多人可能猜不出自己的汽車上到底裝了多少個(gè)電機(jī)，下面的介紹會(huì)幫助你去發(fā)現(xiàn)車內(nèi)的電機(jī)。

汽車中的電機(jī)應(yīng)用

想知道汽車中的電機(jī)在哪里，電動(dòng)座椅是找到它的理想之地。在經(jīng)濟(jì)型汽車中，電機(jī)一般提供前后調(diào)整和靠背傾斜功能。在高級(jí)轎車中，電動(dòng)機(jī)可以控制高度調(diào)節(jié)，例如，座椅底部坐墊傾斜，腰部支撐，頭枕調(diào)節(jié)和坐墊穩(wěn)固性等這些功能都可以離不開(kāi)電機(jī)。其他使用電機(jī)的座椅功能，包括動(dòng)力座椅折疊和后排座椅的動(dòng)力裝載。

擋風(fēng)玻璃刮水器是現(xiàn)代汽車中最普遍的電動(dòng)機(jī)應(yīng)用的例子。一般的，每輛車至少有一個(gè)用于前雨刮器的雨刷電機(jī)。后窗雨刷越來(lái)越受SUV和有倉(cāng)門式后背的汽車的歡迎，這意味著在大部分汽車上都存在后雨刷和相應(yīng)的電機(jī)。另一臺(tái)電機(jī)向擋風(fēng)玻璃泵送清洗液，在一些汽車中是向前照燈泵送清洗液，后者可能有自己的小刮水器。

幾乎每輛汽車都有鼓風(fēng)機(jī)，可以使加熱和冷卻系統(tǒng)中的空氣流通; 許多車輛在車廂內(nèi)有兩個(gè)或更多風(fēng)扇。高端車輛在座椅上也安裝了風(fēng)扇，用于坐墊通風(fēng)和熱量分配。

過(guò)去常常手動(dòng)開(kāi)關(guān)車窗，但現(xiàn)在電動(dòng)車窗很常見(jiàn)。每個(gè)窗戶都安置著隱藏的電機(jī)，包括天窗和后窗。用于這些窗戶的驅(qū)動(dòng)器可以像繼電器一樣簡(jiǎn)單，但對(duì)安全要求(如檢測(cè)障礙物或夾緊物體)會(huì)導(dǎo)致使用更智能的驅(qū)動(dòng)器，并具有運(yùn)動(dòng)監(jiān)控和驅(qū)動(dòng)力限制。

從手動(dòng)變?yōu)殡妱?dòng)，車鎖也變得越來(lái)越便捷了。電動(dòng)控制的優(yōu)點(diǎn)包括遠(yuǎn)程操作等便捷功能，和碰撞后的自動(dòng)解鎖等增強(qiáng)安全性和智能的功能。與電動(dòng)窗不同，電動(dòng)門鎖必須保留手動(dòng)操作選項(xiàng)，因此這影響了電動(dòng)門鎖電機(jī)和結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。

儀表板或集群上的指示器可能演變?yōu)榘l(fā)光二極管(LED)或其他類型的顯示器，但現(xiàn)在每個(gè)表盤和儀表都使用小型電動(dòng)機(jī)。提供便利的種類中，其他電機(jī)還包括側(cè)后視鏡折疊和位置調(diào)節(jié)在內(nèi)的常見(jiàn)功能，以及更多具有情調(diào)的應(yīng)用，例如敞篷車頂，可伸縮踏板以及駕駛員與乘客之間的玻璃隔板。

在引擎蓋下，電動(dòng)機(jī)在其他一些地方也變得越來(lái)越普遍。在很多情況下，電動(dòng)機(jī)正在取代皮帶驅(qū)動(dòng)的機(jī)械部件。實(shí)例包括散熱器風(fēng)扇、燃油泵、水泵和壓縮機(jī)。將這些功能從皮帶傳動(dòng)更改為電動(dòng)傳動(dòng)有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)。其中一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，使用現(xiàn)代電子設(shè)備的驅(qū)動(dòng)電機(jī)比使用皮帶和滑輪更節(jié)能，從而帶來(lái)諸如提高燃油效率，減輕重量和降低排放等益處。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，使用電機(jī)而不是皮帶使機(jī)械設(shè)計(jì)更具自由度，因?yàn)楸煤惋L(fēng)扇的安裝位置不必受到，必須將蛇形皮帶連接到每個(gè)皮帶輪的限制。

車內(nèi)電機(jī)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

上圖中所標(biāo)注的地方都離不開(kāi)電機(jī)，而且，隨后汽車電子化程度的提升，自動(dòng)駕駛及智能化的進(jìn)展，電機(jī)在車中的應(yīng)用會(huì)越來(lái)越多，電機(jī)的類型的驅(qū)動(dòng)也在發(fā)生著變化。

之前汽車中的大多數(shù)電動(dòng)機(jī)都采用標(biāo)準(zhǔn)的12V汽車系統(tǒng)，現(xiàn)在，雙電壓12V和48V系統(tǒng)正在成為主流，雙電壓系統(tǒng)可以將部分較高電流負(fù)載從12V電池中移出。使用48V電源的優(yōu)點(diǎn)是相同功率的電流降低4倍，并且伴隨著電纜和電機(jī)繞組重量的減輕?？赡芨碌?8V電源的高電流負(fù)載的應(yīng)用包括起動(dòng)電機(jī)、渦輪增壓器、燃油泵、水泵和冷卻風(fēng)扇。為這些組件安置48V電氣系統(tǒng)可能會(huì)節(jié)省約10%的燃料消耗。

了解電機(jī)類型

不同的應(yīng)用需要不同的電機(jī)，電機(jī)的分類方式有很多種。

1.根據(jù)工作電源分類——根據(jù)電動(dòng)機(jī)工作電源的不同，可分為直流電動(dòng)機(jī)和交流電動(dòng)機(jī)。其中交流電動(dòng)機(jī)還分為單相電動(dòng)機(jī)和三相電動(dòng)機(jī)。

2.根據(jù)工作原理——按結(jié)構(gòu)及工作原理的不同，電動(dòng)機(jī)可分為直流電動(dòng)機(jī)，異步電動(dòng)機(jī)和同步電動(dòng)機(jī)。同步電動(dòng)機(jī)還可分為永磁同步電動(dòng)機(jī)、磁阻同步電動(dòng)機(jī)和磁滯同布電動(dòng)機(jī)。異步電動(dòng)機(jī)可分為感應(yīng)電動(dòng)機(jī)和交流換向器電動(dòng)機(jī)。

3.根據(jù)啟動(dòng)與運(yùn)行方式分類——電動(dòng)機(jī)按啟動(dòng)與運(yùn)行方式可分為電容啟動(dòng)式單相異步電動(dòng)機(jī)、電容運(yùn)轉(zhuǎn)式單相異步電動(dòng)機(jī)、電容啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)式單相異步電動(dòng)機(jī)和分相式單相異步電動(dòng)機(jī)。

4.根據(jù)用途分類——電動(dòng)機(jī)按用途可分為驅(qū)動(dòng)用電動(dòng)機(jī)和控制用電動(dòng)機(jī)。驅(qū)動(dòng)用電動(dòng)機(jī)又分為電動(dòng)工具(包括鉆孔、拋光、磨光、開(kāi)槽、切割、擴(kuò)孔等工具)用電動(dòng)機(jī)、家電(包括洗衣機(jī)、電風(fēng)扇、電冰箱、空調(diào)器、錄音機(jī)、錄像機(jī)、影碟機(jī)、吸塵器、照相機(jī)、電吹風(fēng)、電動(dòng)剃須刀等)用電動(dòng)機(jī)及其它通用小型機(jī)械設(shè)備(包括各種小型機(jī)床、小型機(jī)械、醫(yī)療器械、電子儀器等)用電動(dòng)機(jī)?？刂朴秒妱?dòng)機(jī)又分為步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和伺服電動(dòng)機(jī)等。

5.根據(jù)轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)分類——電動(dòng)機(jī)按轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)可分為籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)(舊標(biāo)準(zhǔn)稱為鼠籠型異步電動(dòng)機(jī))和繞線轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動(dòng)機(jī)(舊標(biāo)準(zhǔn)稱為繞線型異步電動(dòng)機(jī))。

6.根據(jù)運(yùn)轉(zhuǎn)速度分類——電動(dòng)機(jī)按運(yùn)轉(zhuǎn)速度可分為高速電動(dòng)機(jī)、低速電動(dòng)機(jī)、恒速電動(dòng)機(jī)、調(diào)速電動(dòng)機(jī)。

目前，汽車車身應(yīng)用中的電機(jī)多采用有刷直流電機(jī)，這是一種傳統(tǒng)的解決方案。由于電刷提供換向功能，這些電機(jī)的驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)單并且相對(duì)便宜。在某些應(yīng)用中，無(wú)刷直流(BLDC)電機(jī)在功率密度方面具有顯著優(yōu)勢(shì)，從而減輕重量并提供更好的燃油經(jīng)濟(jì)性和更低的排放，制造商在擋風(fēng)玻璃刮水器、機(jī)艙加熱、通風(fēng)和空調(diào)(HVAC)鼓風(fēng)機(jī)和泵中都選擇使用BLDC電機(jī)。在這些應(yīng)用中，電動(dòng)機(jī)傾向于長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)，而不是像電動(dòng)車窗或電動(dòng)座椅那樣的瞬時(shí)操作，其中有刷式電動(dòng)機(jī)的簡(jiǎn)單性和成本效益仍然具有優(yōu)勢(shì)。

適合電動(dòng)汽車的電機(jī)

從燃油車向純電動(dòng)車的轉(zhuǎn)變，將使汽車的核心引擎轉(zhuǎn)向電機(jī)驅(qū)動(dòng)式。

電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是電動(dòng)汽車的心臟，它由電機(jī)、功率轉(zhuǎn)換器、各種檢測(cè)傳感器和電源組成。適合電動(dòng)汽車的電機(jī)有：直流電動(dòng)機(jī)、無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)、異步電動(dòng)機(jī)、永磁同步電動(dòng)機(jī)、開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)。

直流電動(dòng)機(jī)是將直流電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的電動(dòng)機(jī)，因其良好的調(diào)速性能而在電力拖動(dòng)中得到廣泛應(yīng)用。它還具有啟動(dòng)力矩大，控制比較簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，因此，凡是在重負(fù)載下啟動(dòng)或要求均勻調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的機(jī)械，例如大型可逆軋鋼機(jī)、卷?yè)P(yáng)機(jī)、電力機(jī)車、電車等，都適合采用直流電機(jī)。

無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)非常符合電動(dòng)汽車的負(fù)載特性，具有低速大轉(zhuǎn)矩特性，能提供大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，滿足電動(dòng)汽車的加速要求，同時(shí)，它可以在低、中、高寬速度范圍內(nèi)運(yùn)行，它還具有高效率特性，在輕載車況下，具有較高的效率。缺點(diǎn)是電機(jī)本身比交流電動(dòng)機(jī)復(fù)雜，控制器比有刷直流電機(jī)復(fù)雜。

異步電動(dòng)機(jī)即感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，是將轉(zhuǎn)子置于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)中，在旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的作用下，獲得一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)力矩，因而轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的裝置。異步電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于制造維護(hù)，它具有接近恒速的負(fù)載特性，能滿足大多數(shù)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)機(jī)械拖動(dòng)的要求。但是，異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速與其旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的同步轉(zhuǎn)速有固定的轉(zhuǎn)差率，因而調(diào)速性較差，不如直流電機(jī)經(jīng)濟(jì)、靈活。另外，在大功率、低轉(zhuǎn)速場(chǎng)合的應(yīng)用，異步電機(jī)不如同步電機(jī)合理。

永磁同步電機(jī)是由永磁體勵(lì)磁產(chǎn)生同步旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的同步電機(jī)，永磁體作為轉(zhuǎn)子產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，三相定子繞組在旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)作用下通過(guò)電樞反應(yīng)，感應(yīng)三相對(duì)稱電流。永磁電動(dòng)機(jī)體積小，重量輕，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，功率密度高，適合電動(dòng)汽車空間有限的特點(diǎn)，另外，其轉(zhuǎn)矩慣量比大，過(guò)載能力強(qiáng)，尤其低轉(zhuǎn)速時(shí)輸出轉(zhuǎn)矩大，適合電腦汽車的啟動(dòng)加速。因此，永磁電動(dòng)機(jī)得到了國(guó)內(nèi)外電動(dòng)汽車屆的普遍認(rèn)可，已在多款電動(dòng)汽車上使用。例如，日本的電動(dòng)汽車大都采用永磁電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，豐田普銳斯混合動(dòng)力車就采用了這種電機(jī)。

開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)是一種新型調(diào)速電機(jī)，調(diào)速系統(tǒng)兼具直流、交流兩類調(diào)速系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，是繼變頻調(diào)速系統(tǒng)、無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的最新一代無(wú)極調(diào)速系統(tǒng)。它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單堅(jiān)固，調(diào)速范圍寬，調(diào)速性能優(yōu)異，且在整個(gè)調(diào)速范圍內(nèi)都具有較高效率，系統(tǒng)可靠性高。主要有開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)、功率變換器、控制器與位置檢測(cè)器四部分組成?？刂破鲀?nèi)包含功率變換器和控制電路，而轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)器則安裝在電機(jī)的一端。現(xiàn)如今，開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的應(yīng)用和發(fā)展取得了明顯的進(jìn)步，已成功地應(yīng)用于電動(dòng)車驅(qū)動(dòng)、通用工業(yè)、家用電器和紡織機(jī)械等各個(gè)領(lǐng)域，功率范圍從10W到5MW，最大速度高達(dá)100,000 r/min。

輪轂電機(jī)技術(shù)也被稱為車輪內(nèi)裝電機(jī)技術(shù)，它的最大特點(diǎn)就是將動(dòng)力裝置、傳動(dòng)裝置和制動(dòng)裝置都整合一起到輪轂內(nèi)，得以將電動(dòng)車輛的機(jī)械部分大為簡(jiǎn)化。

輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)一般由電動(dòng)機(jī)、減速機(jī)構(gòu)、制動(dòng)器與散熱系統(tǒng)組成，輪轂電機(jī)的電機(jī)類型主要有永磁、感應(yīng)、開(kāi)關(guān)磁阻式，其動(dòng)力系統(tǒng)根據(jù)電機(jī)的轉(zhuǎn)子類型分成兩種:內(nèi)轉(zhuǎn)子型和外轉(zhuǎn)子型。由于輪轂電機(jī)具備單個(gè)車輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)的特性，因此無(wú)論是前驅(qū)、后驅(qū)還是四驅(qū)形式，它都可以比較輕松地實(shí)現(xiàn)，全時(shí)四驅(qū)在輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)的車輛上實(shí)現(xiàn)起來(lái)非常容易。同時(shí)輪轂電機(jī)可以通過(guò)左右車輪的不同轉(zhuǎn)速甚至反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)類似履帶式車輛的差動(dòng)轉(zhuǎn)向，大大減小車輛的轉(zhuǎn)彎半徑，在特殊情況下幾乎可以實(shí)現(xiàn)原地轉(zhuǎn)向(不過(guò)此時(shí)對(duì)車輛轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)和輪胎的磨損較大)，對(duì)于特種車輛很有價(jià)值，例如，風(fēng)靡大街的平衡車很多都采用了輪轂電機(jī)。但輪轂電機(jī)也有缺點(diǎn)，采用輪轂電機(jī)會(huì)增大汽車簧下質(zhì)量和輪轂的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，對(duì)車輛的操控會(huì)有影響。另外，輪轂電機(jī)的電制動(dòng)性能有限，維持制動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行需要消耗不少電能,對(duì)密封散熱也有更高要求。