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  動(dòng)力電機(jī)的基本知識(shí)與特征特點(diǎn)

  傳統(tǒng)燃油車時(shí)代，發(fā)動(dòng)機(jī)被稱為汽車的心臟，因?yàn)樗悄芰哭D(zhuǎn)化的核心部件。而在電動(dòng)汽車時(shí)代，人們更關(guān)心的是電池儲(chǔ)能問題，反而忽視了對(duì)電機(jī)的關(guān)注。

  雖然電機(jī)運(yùn)用在生活中的方方面面，但驅(qū)動(dòng)電機(jī)由于對(duì)于功率、轉(zhuǎn)矩、散熱、噪音、輸出脈沖等方面的要求更高，因此在技術(shù)方面依然有很多可做的文章。今天跟大家一起簡(jiǎn)單認(rèn)識(shí)一下動(dòng)力電機(jī)的一些基本知識(shí)。

  機(jī)按能量轉(zhuǎn)換方式的不同，一般可以分為電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)兩項(xiàng)功能。按供能類型可選用直流、交流、永磁無刷或開關(guān)磁阻等幾種電動(dòng)機(jī)。

  其中適合于新能源汽車的驅(qū)動(dòng)的電機(jī)主要有永磁同步電機(jī)、交流異步電機(jī)和開關(guān)磁阻電機(jī)三大類。因其結(jié)構(gòu)和控制特點(diǎn)不同，在汽車市場(chǎng)上選用的范圍也有所不同。

  在乘用車領(lǐng)域，目前運(yùn)用主要分為感應(yīng)(異步)電機(jī)與永磁(同步)電機(jī)量大流派，前者的主要代表是特斯拉，而后者更為主流，寶馬以及國內(nèi)大部分電動(dòng)車廠家都有運(yùn)用。這兩者之間有什么不同呢?

  永磁電動(dòng)機(jī)是同步電動(dòng)機(jī)。其轉(zhuǎn)子使用永磁體，定子產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩來推動(dòng)轉(zhuǎn)子的磁場(chǎng)圍繞軸心線進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，定子和轉(zhuǎn)子的磁場(chǎng)是同步的。而感應(yīng)電動(dòng)機(jī)是異步電動(dòng)機(jī)，是由定子繞組形成的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)電流的磁場(chǎng)相互作用而產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的交流電動(dòng)機(jī)。

  在商用車領(lǐng)域，開關(guān)磁阻電機(jī)的運(yùn)用也很廣泛，而且其發(fā)展前景也被看好，主要的優(yōu)勢(shì)它不需要使用永磁材料，對(duì)于稀土沒有依賴性，甚至連電機(jī)常見的銅線圈也不用，造價(jià)可以控制地比較低。

  開關(guān)磁阻電機(jī)有兩個(gè)基本特征：

  1、開關(guān)性，電機(jī)必須工作在一種連續(xù)的開關(guān)模式。

  2、磁阻性，它是真正的磁阻電機(jī)，定、轉(zhuǎn)子具有可變磁阻磁路，更確切地說，是一種雙凸極電機(jī)。

  性能方面，開關(guān)磁阻電機(jī)的調(diào)速非常靈活，不但可以通過改變電壓，而且可以通過改變導(dǎo)通和關(guān)斷角度，擁有很好的調(diào)速范圍和能力。轉(zhuǎn)矩密度和效率也能做到接近永磁同步電機(jī)的水平，強(qiáng)于感應(yīng)電機(jī)。

  不過，開關(guān)磁阻電機(jī)主要不足是轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)仍然較大，振動(dòng)噪音也比其他電機(jī)大，對(duì)于乘用車而言，這個(gè)問題顯然是難以接受的，因此暫時(shí)還沒有大規(guī)模運(yùn)用。

  我們重點(diǎn)看看交流異步電機(jī)的特點(diǎn)。

  感應(yīng)(異步)電動(dòng)機(jī)的發(fā)展歷史：

  尼古拉·特斯拉作為電力祖師爺級(jí)別人物，當(dāng)年為了和愛迪生的直流電系統(tǒng)對(duì)抗，發(fā)明了三相交流電(動(dòng)力電)，還發(fā)明了交流電的三相交流異步電機(jī)，也就是特斯拉汽車的動(dòng)力心臟的鼻祖。

  另外，其發(fā)明貢獻(xiàn)還有特斯拉線圈、特斯拉效應(yīng)、特斯拉變壓器(交變壓遠(yuǎn)程送電技術(shù))、特斯拉無線遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)以及著名的尼亞加拉水電站等都是出自他的研究。一生獲得了大約1000項(xiàng)發(fā)明，分布在科學(xué)和工程學(xué)各個(gè)領(lǐng)域。

  現(xiàn)在的特斯拉汽車以此命名，其實(shí)就是向這位杰出貢獻(xiàn)者致敬，同時(shí)，也決定了特斯拉汽車肯定會(huì)在這種電機(jī)道路上堅(jiān)持走下去并發(fā)揚(yáng)光大。

  電動(dòng)汽車的整個(gè)動(dòng)力心臟和內(nèi)燃汽車完全不同，一般由儲(chǔ)存電能的儲(chǔ)能機(jī)構(gòu)(ESS)，將能量輸出給轉(zhuǎn)換器和功率控制模塊(PEM)通過控制傳感器感知駕駛員操作需求和路況來驅(qū)動(dòng)執(zhí)行電機(jī)(馬達(dá))。

  汽車儲(chǔ)能系統(tǒng)只能儲(chǔ)存直流電，而感應(yīng)電動(dòng)機(jī)使用的是交流電，要想為其供電，必須首先將直流電逆變?yōu)榻涣麟姡@一功能是由功率電子模塊(PEM)完成。

  特斯拉汽車的功率電子模塊使用72個(gè)絕緣柵雙極晶體管(IGBT)將直流電轉(zhuǎn)換為交流電。除了控制充電和放電速率，功率電子模塊還控制電壓等級(jí)、電機(jī)的RPM(每分鐘轉(zhuǎn)數(shù))、轉(zhuǎn)矩和再生制動(dòng)系統(tǒng)。該制動(dòng)系統(tǒng)通常通過制動(dòng)捕獲動(dòng)能，并將其反饋傳輸回ESS(能量回收)。

  動(dòng)力輸出馬達(dá)：

  電池組供電給功率電子模塊控制馬達(dá)(交流感應(yīng)(異步)電動(dòng)機(jī))轉(zhuǎn)速，驅(qū)動(dòng)汽車。

  感應(yīng)(異步)電機(jī)的結(jié)構(gòu)原理：

  電機(jī)一般由定子(靜止不動(dòng)的部分)，轉(zhuǎn)子(旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生動(dòng)能的部分)，機(jī)座(連接定子和轉(zhuǎn)子的殼體)，散熱部件等構(gòu)成。

  特斯拉使用感應(yīng)(異步)電動(dòng)機(jī)，準(zhǔn)確的說是3相(定子繞組采用三角形連接或者星型連接)，4極感應(yīng)電動(dòng)機(jī)(極對(duì)數(shù)是電機(jī)的一個(gè)重要參數(shù)，兩極電機(jī)就是一個(gè)極對(duì)數(shù)，四極就是兩個(gè)極對(duì)數(shù)。

  電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n=(1-S)60f/P，S是電機(jī)的轉(zhuǎn)差率，f為電源頻率，P就是極對(duì)數(shù)了。當(dāng)極對(duì)數(shù)固定點(diǎn)的時(shí)候，想要控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速只需要控制通電電壓的頻率就好了)。控制定子線圈的通電頻率，從而產(chǎn)生可變強(qiáng)弱旋轉(zhuǎn)的電磁場(chǎng)，與轉(zhuǎn)子繞組感應(yīng)磁場(chǎng)相對(duì)運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)子繞組切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，從而使轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電流。轉(zhuǎn)子繞組中的感應(yīng)電流與磁場(chǎng)作用，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。

  這部分的結(jié)構(gòu)比較難懂，大家可以簡(jiǎn)單理解為，控制交流電的頻率，使電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速變化，驅(qū)動(dòng)汽車。