Know-How系列 | 电动汽车的电机是如何工作的？

2024-12-04 19:39:07·

为了应对“化石燃料不足”的未来时代，电机正在作为新的动力系统，被广泛应用在从汽车到供暖的诸多行业中。传统电机的基本原理很好理解，即磁场驱动轴，那么您知道它究竟是如何工作的吗？

在本篇文章中，埃马克将通过 5 组问答为您进行详细讲解。

1. 电机的驱动力有什么特别？

其基本思想非常简单，就是电磁学原理：当电流流过导体时，导体周围会形成环形磁场。电动机的设计者正是利用了这一效应。电机内部有一个固定的部件（定子），其内又有一个移动的磁性部件（转子）。电流流经定子的各个部分，并产生所提到的磁场，从而使（同样具有磁性的）转子保持连续运动。由于磁场的方向取决于电流的方向，因此磁场的极性可以快速反转。当然，在使用不同电流，如直流电、交流电还是三相电流时，这种方法也有不同的版本。

直流电机原理示意图

（图片来源：MichaelFrey, CC BY-SA 3.0 ,MichaelFrey, CC BY-SA 3.0 , https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0, via Wikimedia Commons）

2. 电机是由谁发明的？

要回答这个问题并不容易，因为如今功能齐全的电机是一连串创新的集合体。其中一个里程碑是迈克尔-法拉第于1821年发现的电磁旋转。在一次实验中，他成功地使电流通过的导体在永磁体的影响下运动起来。随后，多位科学家开发出了各种电机的前身。第一个实用模型可以追溯到德裔俄罗斯物理学家莫里茨-赫尔曼-冯-雅各比。1838年9月13日，他的电机推动一艘电动船在圣彼得堡的涅瓦河上行驶。起初，它仅以每小时2.5公里的速度行驶了7.5公里。后来，这位物理学家将电动机的输出功率提高到每小时4公里。

3. 电动汽车有什么特别之处吗？

首先要注意的是，电动汽车主要采用交流电机，因为直流电机的效率较低，功率密度也较低。在汽车中，也有异步电机和同步电机之分。在前者中，通过感应磁化的转子位于定子的磁场中，转子磁场落后于定子磁场。因此，两者并不同步，这种电机变体就被称为"异步电机"。它有两大优点，首先，它的设计相对简单；其次，它可以简单地断电，然后无阻力地移动。

相反，在同步电机中，转子和定子的磁场总是同步移动。电动汽车也采用了这种原理，尽管它比异步电机效率更高。有些制造商会在转子中使用永久磁铁，包括稀土，这就增加了成本。不过，也有不使用永久磁铁的同步电机。

4. 电机的未来发展会怎样？

显而易见，电动交通是许多不同领域的未来趋势，例如火车或轮船。未来能否用电力驱动飞机，这个问题也尤为引人关注，全球多所大学都正在对此进行深入探究。有一点是肯定的：飞机发动机只不过是速度极快、功率极大的风扇，完全可以实现电力驱动。然而，目前所需的电机仍然非常大。因此，研究人员正在研究体积更小的新一代电子驱动器。

5. 什么对汽车生产很重要？

对于汽车生产来说，转子、定子或电机外壳等核心部件需要极高的精度，同时，它们的数量也在大幅增加。因此，生产计划人员正在寻找 "来自单一来源 "的创新解决方案，以更高效、可靠地加工这些部件。