一文解析汽車電動(dòng)機(jī)內(nèi)部工作原理

電動(dòng)機(jī)是利用通電線圈產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)并作用于轉(zhuǎn)子形成磁電動(dòng)力旋轉(zhuǎn)扭矩，按使用電源不同分為直流電動(dòng)機(jī)和交流電動(dòng)機(jī)，電力系統(tǒng)中的電動(dòng)機(jī)大部分是交流電機(jī)，可以是同步電機(jī)或者是異步電機(jī)。其主要由定子與轉(zhuǎn)子組成，通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受力運(yùn)動(dòng)的方向跟電流方向和磁感線方向有關(guān)，工作原理是磁場(chǎng)對(duì)電流受力的作用，使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。

在市場(chǎng)環(huán)境下，海外電動(dòng)汽車電機(jī)電控行業(yè)的發(fā)展勢(shì)頭較為明朗，主要有兩條路線：一是以豐田為代表的整車企業(yè)使用自己研發(fā)的配套零部件的in-house 路線；二是整車廠商與有實(shí)力的電控廠商合作，形成穩(wěn)定的供應(yīng)鏈條。國外新能源汽車各方面起步較早，專業(yè)的零部件企業(yè)在技術(shù)方面優(yōu)勢(shì)明顯，市場(chǎng)集中度較高，知名的零部件企業(yè)如博世、大陸集團(tuán)、麥格納、現(xiàn)代摩比斯和采埃孚等，壟斷絕大部分市場(chǎng)份額。部分電機(jī)廠與整車配套關(guān)系表如下：

幾種常見的電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)方式包括：全壓直接啟動(dòng)、自耦減壓起動(dòng)、y-δ 起動(dòng)、軟起動(dòng)器、變頻器。

全壓直接起動(dòng)：在電網(wǎng)容量和負(fù)載兩方面都允許全壓直接起動(dòng)的情況下，可以考慮采用全壓直接起動(dòng)。優(yōu)點(diǎn)是操縱控制方便，維護(hù)簡(jiǎn)單，而且比較經(jīng)濟(jì)。主要用于小功率電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)，從節(jié)約電能的角度考慮，大于11kw 的電動(dòng)機(jī)不宜用此方法。

自耦減壓起動(dòng)：利用自耦變壓器的多抽頭減壓，既能適應(yīng)不同負(fù)載起動(dòng)的需要，又能得到更大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，是一種經(jīng)常被用來起動(dòng)較大容量電動(dòng)機(jī)的減壓起動(dòng)方式。它的最大優(yōu)點(diǎn)是起動(dòng)轉(zhuǎn)矩較大，當(dāng)其繞組抽頭在80%處時(shí)，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩可達(dá)直接起動(dòng)時(shí)的64%。并且可以通過抽頭調(diào)節(jié)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。至今仍被廣泛應(yīng)用。

y-δ 起動(dòng)：對(duì)于正常運(yùn)行的定子繞組為三角形接法的鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)來說，如果在起動(dòng)時(shí)將定子繞組接成星形，待起動(dòng)完畢后再接成三角形，就可以降低起動(dòng)電流，減輕它對(duì)電網(wǎng)的沖擊。這樣的起動(dòng)方式稱為星三角減壓起動(dòng)，或簡(jiǎn)稱為星三角起動(dòng)（y-δ 起動(dòng)）。

采用星三角起動(dòng)時(shí)，起動(dòng)電流只是原來按三角形接法直接起動(dòng)時(shí)的1/3。如果直接起動(dòng)時(shí)的起動(dòng)電流以6～7ie 計(jì)，則在星三角起動(dòng)時(shí)，起動(dòng)電流才2～2.3 倍。這就是說采用星三角起動(dòng)時(shí)，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩也降為原來按三角形接法直接起動(dòng)時(shí)的1/3。適用于無載或者輕載起動(dòng)的場(chǎng)合。并且同任何別的減壓起動(dòng)器相比較，其結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單，價(jià)格也最便宜。除此之外，星三角起動(dòng)方式還有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，即當(dāng)負(fù)載較輕時(shí)，可以讓電動(dòng)機(jī)在星形接法下運(yùn)行。此時(shí)，額定轉(zhuǎn)矩與負(fù)載可以匹配，這樣能使電動(dòng)機(jī)的效率有所提高，并因之節(jié)約了電力消耗。

軟起動(dòng)器：這是利用了可控硅的移相調(diào)壓原理來實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的調(diào)壓起動(dòng)，主要用于電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)控制，起動(dòng)效果好但成本較高。因使用了可控硅元件，可控硅工作時(shí)諧波干擾較大，對(duì)電網(wǎng)有一定的影響。另外電網(wǎng)的波動(dòng)也會(huì)影響可控硅元件的導(dǎo)通，特別是同一電網(wǎng)中有多臺(tái)可控硅設(shè)備時(shí)。因此可控硅元件的故障率較高，因?yàn)樯婕暗?a href="wenjunhu.com/article/special/" target="_blank">電力電子技術(shù)，因此對(duì)維護(hù)技術(shù)人員的要求也較高。

變頻器：變頻器是現(xiàn)代電動(dòng)機(jī)控制領(lǐng)域技術(shù)含量最高，控制功能最全、控制效果最好的電機(jī)控制裝置，它通過改變電網(wǎng)的頻率來調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩。因?yàn)樯婕暗诫娏﹄娮蛹夹g(shù)，微機(jī)技術(shù)，因此成本高，對(duì)維護(hù)技術(shù)人員的要求也高，因此主要用在需要調(diào)速并且對(duì)速度控制要求高的領(lǐng)域。

關(guān)于調(diào)速方法

電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法很多，能適應(yīng)不同生產(chǎn)機(jī)械速度變化的要求。一般電動(dòng)機(jī)調(diào)速時(shí)其輸出功率會(huì)隨轉(zhuǎn)速而變化。從能量消耗的角度看，調(diào)速大致可分兩種 ：

① 保持輸入功率不變。通過改變調(diào)速裝置的能量消耗，調(diào)節(jié)輸出功率以調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。

②控制電動(dòng)機(jī)輸入功率以調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。電機(jī)、電動(dòng)機(jī)、制動(dòng)電機(jī)、變頻電機(jī)、調(diào)速電機(jī)、三相異步電動(dòng)機(jī)、高壓電機(jī)、多速電機(jī)、雙速電機(jī)和防爆電機(jī)。

下面看幾組電動(dòng)機(jī)動(dòng)圖：

永磁電機(jī)

直流電動(dòng)機(jī)

量子磁電機(jī)

單相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)

步進(jìn)電機(jī)的工作原理

平衡電機(jī)

產(chǎn)生電流的原理

三相定子

電機(jī)剖視

電動(dòng)機(jī)

新能源汽車電機(jī)作為新興行業(yè)，技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)上的積累尤為重要，行業(yè)新進(jìn)入者如果從研發(fā)開始做起，到配套供應(yīng)整車使用，至少要經(jīng)過三年時(shí)間。

編輯：黃飛