汽车电动机内部工作原理揭秘

周锦光

电动机是利用通电线圈产生旋转磁场并作用于转子形成磁电动力旋转扭矩,按使用电源不同分为直流电动机和交流电动机，电力系统中的电动机大部分是交流电机，可以是同步电机或者是异步电机。其主要由定子与转子组成，通电导线在磁场中受力运动的方向跟电流方向和磁感线方向有关,工作原理是磁场对电流受力的作用，使电动机转动。
在市场环境下，海外电动汽车电机电控行业的发展势头较为明朗，主要有两条路线：一是以丰田为代表的整车企业使用自己研发的配套零部件的in-house 路线；二是整车厂商与有实力的电控厂商合作，形成稳定的供应链条。
国外新能源汽车各方面起步较早，专业的零部件企业在技术方面优势明显，市场集中度较高，知名的零部件企业如博世、大陆集团、麦格纳、现代摩比斯和采埃孚等，垄断绝大部分市场份额。部分电机厂与整车配套关系表如下：


几种常见的电动机启动方式包括：全压直接启动、自耦减压起动、y-δ 起动、软起动器、变频器。
全压直接起动：在电网容量和负载两方面都允许全压直接起动的情况下，可以考虑采用全压直接起动。优点是操纵控制方便，维护简单，而且比较经济。主要用于小功率电动机的起动，从节约电能的角度考虑，大于11kw 的电动机不宜用此方法。
自耦减压起动：利用自耦变压器的多抽头减压，既能适应不同负载起动的需要，又能得到更大的起动转矩，是一种经常被用来起动较大容量电动机的减压起动方式。它的最大优点是起动转矩较大，当其绕组抽头在80%处时，起动转矩可达直接起动时的64%。并且可以通过抽头调节起动转矩。至今仍被广泛应用。
y-δ 起动：对于正常运行的定子绕组为三角形接法的鼠笼式异步电动机来说，如果在起动时将定子绕组接成星形，待起动完毕后再接成三角形，就可以降低起动电流，减轻它对电网的冲击。这样的起动方式称为星三角减压起动，或简称为星三角起动（y-δ 起动）。
采用星三角起动时，起动电流只是原来按三角形接法直接起动时的1/3。如果直接起动时的起动电流以6～7ie 计，则在星三角起动时，起动电流才2～2.3 倍。这就是说采用星三角起动时，起动转矩也降为原来按三角形接法直接起动时的1/3。适用于无载或者轻载起动的场合。并且同任何别的减压起动器相比较，其结构最简单，价格也最便宜。除此之外，星三角起动方式还有一个优点，即当负载较轻时，可以让电动机在星形接法下运行。此时，额定转矩与负载可以匹配，这样能使电动机的效率有所提高，并因之节约了电力消耗。
软起动器：这是利用了可控硅的移相调压原理来实现电动机的调压起动，主要用于电动机的起动控制，起动效果好但成本较高。因使用了可控硅元件，可控硅工作时谐波干扰较大，对电网有一定的影响。另外电网的波动也会影响可控硅元件的导通，特别是同一电网中有多台可控硅设备时。因此可控硅元件的故障率较高，因为涉及到电力电子技术，因此对维护技术人员的要求也较高。
变频器：变频器是现代电动机控制领域技术含量最高，控制功能最全、控制效果最好的电机控制装置，它通过改变电网的频率来调节电动机的转速和转矩。因为涉及到电力电子技术，微机技术，因此成本高，对维护技术人员的要求也高，因此主要用在需要调速并且对速度控制要求高的领域。

关于调速方法

电动机的调速方法很多，能适应不同生产机械速度变化的要求。一般电动机调速时其输出功率会随转速而变化。从能量消耗的角度看，调速大致可分两种 ：
① 保持输入功率不变。通过改变调速装置的能量消耗，调节输出功率以调节电动机的转速。
②控制电动机输入功率以调节电动机的转速。电机、电动机、制动电机、变频电机、调速电机、三相异步电动机、高压电机、多速电机、双速电机和防爆电机。
下面看几组电动机动图：

永磁电机

直流电动机

量子磁电机

单相感应电动机

步进电机的工作原理

平衡电机

产生电流的原理

三相定子

电机剖视

电动机




自去年以来，电机电控行业已经进入存量竞争的阶段，随着兼并重组的不断进行，行业集中程度将会提高。新能源汽车电机作为新兴行业，技术和经验上的积累尤为重要，行业新进入者如果从研发开始做起，到配套供应整车使用，至少要经过三年时间。