電動機(Motor)是把電能轉換成機械能的一種設備,自從法拉第發明第一臺電動機以來,我們的生活中已處處離不開這種設備了。

如今,汽車正在從機械式為主向電為主導的設備迅速轉變,電機在汽車上的使用也越來越廣,很多人可能猜不出自己的汽車上到底裝了多少個電機,下面的介紹會幫助你去發現車內的電機。

汽車中的電機應用

想知道汽車中的電機在哪里,電動座椅是找到它的理想之地。在經濟型汽車中,電機一般提供前后調整和靠背傾斜功能。在高級轎車中,電動機可以控制高度調節,例如,座椅底部坐墊傾斜,腰部支撐,頭枕調節和坐墊穩固性等這些功能都可以離不開電機。其他使用電機的座椅功能,包括動力座椅折疊和后排座椅的動力裝載。

擋風玻璃刮水器是現代汽車中最普遍的電動機應用的例子。一般的,每輛車至少有一個用于前雨刮器的雨刷電機。后窗雨刷越來越受SUV和有倉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的電機。另一臺電機向擋風玻璃泵送清洗液,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機,可以使加熱和冷卻系統中的空氣流通; 許多車輛在車廂內有兩個或更多風扇。高端車輛在座椅上也安裝了風扇,用于坐墊通風和熱量分配。

過去常常手動開關車窗,但現在電動車窗很常見。每個窗戶都安置著隱藏的電機,包括天窗和后窗。用于這些窗戶的驅動器可以像繼電器一樣簡單,但對安全要求(如檢測障礙物或夾緊物體)會導致使用更智能的驅動器,并具有運動監控和驅動力限制。

從手動變為電動,車鎖也變得越來越便捷了。電動控制的優點包括遠程操作等便捷功能,和碰撞后的自動解鎖等增強安全性和智能的功能。與電動窗不同,電動門鎖必須保留手動操作選項,因此這影響了電動門鎖電機和結構的設計。

儀表板或集群上的指示器可能演變為發光二極管(LED)或其他類型的顯示器,但現在每個表盤和儀表都使用小型電動機。提供便利的種類中,其他電機還包括側后視鏡折疊和位置調節在內的常見功能,以及更多具有情調的應用,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,電動機在其他一些地方也變得越來越普遍。在很多情況下,電動機正在取代皮帶驅動的機械部件。實例包括散熱器風扇、燃油泵、水泵和壓縮機。將這些功能從皮帶傳動更改為電動傳動有幾個優點。其中一個優點是,使用現代電子設備的驅動電機比使用皮帶和滑輪更節能,從而帶來諸如提高燃油效率,減輕重量和降低排放等益處。另一個優點是,使用電機而不是皮帶使機械設計更具自由度,因為泵和風扇的安裝位置不必受到,必須將蛇形皮帶連接到每個皮帶輪的限制。

車內電機技術發展趨勢

上圖中所標注的地方都離不開電機,而且,隨后汽車電子化程度的提升,自動駕駛及智能化的進展,電機在車中的應用會越來越多,電機的類型的驅動也在發生著變化。

之前汽車中的大多數電動機都采用標準的12V汽車系統,現在,雙電壓12V和48V系統正在成為主流,雙電壓系統可以將部分較高電流負載從12V電池中移出。使用48V電源的優點是相同功率的電流降低4倍,并且伴隨著電纜和電機繞組重量的減輕。可能更新到48V電源的高電流負載的應用包括起動電機、渦輪增壓器、燃油泵、水泵和冷卻風扇。為這些組件安置48V電氣系統可能會節省約10%的燃料消耗。

了解電機類型

不同的應用需要不同的電機,電機的分類方式有很多種。

1.根據工作電源分類——根據電動機工作電源的不同,可分為直流電動機和交流電動機。其中交流電動機還分為單相電動機和三相電動機。

2.根據工作原理——按結構及工作原理的不同,電動機可分為直流電動機,異步電動機和同步電動機。同步電動機還可分為永磁同步電動機、磁阻同步電動機和磁滯同布電動機。異步電動機可分為感應電動機和交流換向器電動機。

3.根據啟動與運行方式分類——電動機按啟動與運行方式可分為電容啟動式單相異步電動機、電容運轉式單相異步電動機、電容啟動運轉式單相異步電動機和分相式單相異步電動機。

4.根據用途分類——電動機按用途可分為驅動用電動機和控制用電動機。驅動用電動機又分為電動工具(包括鉆孔、拋光、磨光、開槽、切割、擴孔等工具)用電動機、家電(包括洗衣機、電風扇、電冰箱空調器、錄音機、錄像機、影碟機、吸塵器、照相機、電吹風、電動剃須刀等)用電動機及其它通用小型機械設備(包括各種小型機床、小型機械、醫療器械、電子儀器等)用電動機。控制用電動機又分為步進電動機和伺服電動機等。

5.根據轉子的結構分類——電動機按轉子的結構可分為籠型感應電動機(舊標準稱為鼠籠型異步電動機)和繞線轉子感應電動機(舊標準稱為繞線型異步電動機)。

6.根據運轉速度分類——電動機按運轉速度可分為高速電動機、低速電動機、恒速電動機、調速電動機。

目前,汽車車身應用中的電機多采用有刷直流電機,這是一種傳統的解決方案。由于電刷提供換向功能,這些電機的驅動簡單并且相對便宜。在某些應用中,無刷直流(BLDC)電機在功率密度方面具有顯著優勢,從而減輕重量并提供更好的燃油經濟性和更低的排放,制造商在擋風玻璃刮水器、機艙加熱、通風和空調(HVAC)鼓風機和泵中都選擇使用BLDC電機。在這些應用中,電動機傾向于長時間運轉,而不是像電動車窗或電動座椅那樣的瞬時操作,其中有刷式電動機的簡單性和成本效益仍然具有優勢。

適合電動汽車的電機

從燃油車向純電動車的轉變,將使汽車的核心引擎轉向電機驅動式。

電機驅動系統是電動汽車的心臟,它由電機、功率轉換器、各種檢測傳感器和電源組成。適合電動汽車的電機有:直流電動機、無刷直流電動機、異步電動機、永磁同步電動機、開關磁阻電動機。

直流電動機是將直流電能轉換為機械能的電動機,因其良好的調速性能而在電力拖動中得到廣泛應用。它還具有啟動力矩大,控制比較簡單的特點,因此,凡是在重負載下啟動或要求均勻調節轉速的機械,例如大型可逆軋鋼機、卷揚機、電力機車、電車等,都適合采用直流電機。

無刷直流電動機非常符合電動汽車的負載特性,具有低速大轉矩特性,能提供大的啟動轉矩,滿足電動汽車的加速要求,同時,它可以在低、中、高寬速度范圍內運行,它還具有高效率特性,在輕載車況下,具有較高的效率。缺點是電機本身比交流電動機復雜,控制器比有刷直流電機復雜。

異步電動機即感應電動機,是將轉子置于旋轉磁場中,在旋轉磁場的作用下,獲得一個轉動力矩,因而轉子轉動的裝置。異步電機結構簡單,易于制造維護,它具有接近恒速的負載特性,能滿足大多數工農業生產機械拖動的要求。但是,異步電機的轉速與其旋轉磁場的同步轉速有固定的轉差率,因而調速性較差,不如直流電機經濟、靈活。另外,在大功率、低轉速場合的應用,異步電機不如同步電機合理。

永磁同步電機是由永磁體勵磁產生同步旋轉磁場的同步電機,永磁體作為轉子產生旋轉磁場,三相定子繞組在旋轉磁場作用下通過電樞反應,感應三相對稱電流。永磁電動機體積小,重量輕,轉動慣量小,功率密度高,適合電動汽車空間有限的特點,另外,其轉矩慣量比大,過載能力強,尤其低轉速時輸出轉矩大,適合電腦汽車的啟動加速。因此,永磁電動機得到了國內外電動汽車屆的普遍認可,已在多款電動汽車上使用。例如,日本的電動汽車大都采用永磁電動機驅動,豐田普銳斯混合動力車就采用了這種電機。

開關磁阻電機是一種新型調速電機,調速系統兼具直流、交流兩類調速系統的優點,是繼變頻調速系統、無刷直流電動機調速系統的最新一代無極調速系統。它的結構簡單堅固,調速范圍寬,調速性能優異,且在整個調速范圍內都具有較高效率,系統可靠性高。主要有開關磁阻電機、功率變換器、控制器與位置檢測器四部分組成。控制器內包含功率變換器和控制電路,而轉子位置檢測器則安裝在電機的一端。現如今,開關磁阻電機的應用和發展取得了明顯的進步,已成功地應用于電動車驅動、通用工業、家用電器和紡織機械等各個領域,功率范圍從10W到5MW,最大速度高達100,000 r/min。

輪轂電機技術也被稱為車輪內裝電機技術,它的最大特點就是將動力裝置、傳動裝置和制動裝置都整合一起到輪轂內,得以將電動車輛的機械部分大為簡化。

輪轂電機驅動系統一般由電動機、減速機構、制動器與散熱系統組成,輪轂電機的電機類型主要有永磁、感應、開關磁阻式,其動力系統根據電機的轉子類型分成兩種:內轉子型和外轉子型。由于輪轂電機具備單個車輪獨立驅動的特性,因此無論是前驅、后驅還是四驅形式,它都可以比較輕松地實現,全時四驅在輪轂電機驅動的車輛上實現起來非常容易。同時輪轂電機可以通過左右車輪的不同轉速甚至反轉實現類似履帶式車輛的差動轉向,大大減小車輛的轉彎半徑,在特殊情況下幾乎可以實現原地轉向(不過此時對車輛轉向機構和輪胎的磨損較大),對于特種車輛很有價值,例如,風靡大街的平衡車很多都采用了輪轂電機。但輪轂電機也有缺點,采用輪轂電機會增大汽車簧下質量和輪轂的轉動慣量,對車輛的操控會有影響。另外,輪轂電機的電制動性能有限,維持制動系統運行需要消耗不少電能,對密封散熱也有更高要求。