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浅析那些鲜为人知的电机知识
浅析那些鲜为人知的电机知识
传统燃油车的发动机技术能说花样繁多,V型直列、涡轮增压、集成排气歧管,能让很多车迷聊起来如滔滔江水,连绵不断。到了新能源时代,没有了发动机的轰鸣,少了变速器的锵锵换档,一些车迷直呼电动车“没有灵魂”,其实不然,电机也有不同的结构和技术。本文要说的,就是电机的那些事。
但总体来说,电机的原理依旧很简单,就是电流产生磁场,通过磁场互斥产生运动。
日常生活中接触得比较多的,主要是有刷电机和无刷电机,例如冲击电钻,就是有刷电机,部分高端吹风机、大疆无人机基本是无刷电机,两者的区别主要是有无换向器及电刷。
而在汽车领域,市面上绝大多数新能源汽车都采用永磁同步电机作为动力来源。还有部分车企,如蔚来、特斯拉感应电机+同步电机结合的方式。
所谓永磁同步电机,就和我们小时候玩的奥迪双钻四驱车的电机一样,由永磁体和绕组转子组成,这东西学名直流永磁碳刷电机。
只不过车上用的永磁同步电机,将永磁体做成了转子,将绕组做成了定子,这样就省去了碳刷这一耗材,使得免维护性能大幅提升。
由于永磁体磁场存在,避免了励磁损耗,调速范围大,调整电流与频率即可大范围调整电机的功率和转速。
另外一种异步电机,也称为感应电机,由大名鼎鼎的尼古拉·特斯拉发明。将转子置于旋转磁场中,在旋转磁场的作用下,获得一个转动力矩,因而转子转动的装置。其中转子比定子旋转磁场慢,故称为异步电机。
但不管是哪种电机,为了更好的提高功率、提升效率,途径之一就是优化导线的布置,这就是我们要说的槽满率。
很多80后、90后都玩过的四驱车中的电机,电机产生磁场,需要数量不等的绕组,但想要增加电机的功率,主要还看绕组中的铜线数量。图中的“手工绕制铜线”就是槽满率,每个饶组里能塞进去越多的铜线,意味着槽满率越高,电机性能越强。
之前市面上的电机大多采取了圆形铜线缠绕绕组,如果线槽里采取了圆形铜线,始终会有一部分空隙填满,就像杂乱无章的冰箱一样。
但假如改变线材的形状,将其变为方形(扁线),那么就能提升空间利用率,从而提升电机的效率和功率,因此这种采用方形铜线的电机也称为扁线电机(也叫发卡电机)。相较于圆线%,因此能获得更优秀的性能。
同时,规则布置的扁线电机还能有效提升散热性能,减小体积。在相同功率下,圆线电机需要预出足够的散热冗余,且绕组受限圆线的布置,整体较大,无用的铜线用量也更多。一增一减下,扁线电机还能减小体积并降造成本。
扁线电机优点不少,唯一缺点就是门槛较高、造价较贵。由于扁线电机需要采用特定的绕线工艺,制造门槛较高,初期投入大,需要用专门的设备做自动化生产。
除了扁线电机之外,SiC碳化硅功率芯片,也是提升性能的重要一环。目前市面上大部分电动车主要是采用Si IGBT,从名称上能看出,两者的主要差异材料上的差异。SiC碳化硅相比于Si硅具备更好的耐高温、耐高压、耐高频性能以及较低的导通损耗。
和扁线铜线一样,SiC碳化硅功率芯片的缺点依然是贵,但随着普及,其成本也会逐渐下降,就像现在的激光雷达一样。
这几年新能源汽车卷得飞起,除了智驾、电池外,核心部件之一的驱动电机性能也在不断的提高,除文章内所述的导线结构、功率模块外,电机的转子结构、整体的散热冷却也有莫大的关系,在如此多的技术下,你还认为电动车“没有灵魂”吗?