让你没想到的汽车上竟有这么多电机

电子工程师 2019-05-08 7196

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描述

电动机(Motor)是把电能转换成机械能的一种设备，自从法拉第发明了第一台电动机以来，我们的生活中已处处离不开这种设备了。

如今，汽车正在从机械式为主向电为主导的设备迅速转变，电机在汽车上的使用也越来越广，很多人可能猜不出自己的汽车上到底装了多少个电机，下面的介绍会帮助你去发现车内的电机。

汽车中的电机应用

想知道汽车中的电机在哪里，电动座椅是找到它的理想之地。在经济型汽车中，电机一般提供前后调整和靠背倾斜功能。在高级轿车中，电动机可以控制高度调节，例如，座椅底部坐垫倾斜，腰部支撑，头枕调节和坐垫稳固性等这些功能都可以离不开电机。其他使用电机的座椅功能，包括动力座椅折叠和后排座椅的动力装载。

挡风玻璃刮水器是现代汽车中最普遍的电动机应用的例子。一般的，每辆车至少有一个用于前雨刮器的雨刷电机。后窗雨刷越来越受SUV和有仓门式后背的汽车的欢迎，这意味着在大部分汽车上都存在后雨刷和相应的电机。另一台电机向挡风玻璃泵送清洗液，在一些汽车中是向前照灯泵送清洗液，后者可能有自己的小刮水器。

几乎每辆汽车都有鼓风机，可以使加热和冷却系统中的空气流通; 许多车辆在车厢内有两个或更多风扇。高端车辆在座椅上也安装了风扇，用于坐垫通风和热量分配。

电动机

过去常常手动开关车窗，但现在电动车窗很常见。每个窗户都安置着隐藏的电机，包括天窗和后窗。用于这些窗户的驱动器可以像继电器一样简单，但对安全要求(如检测障碍物或夹紧物体)会导致使用更智能的驱动器，并具有运动监控和驱动力限制。

从手动变为电动，车锁也变得越来越便捷了。电动控制的优点包括远程操作等便捷功能，和碰撞后的自动解锁等增强安全性和智能的功能。与电动窗不同，电动门锁必须保留手动操作选项，因此这影响了电动门锁电机和结构的设计。

仪表板或集群上的指示器可能演变为发光二极管(LED)或其他类型的显示器，但现在每个表盘和仪表都使用小型电动机。提供便利的种类中，其他电机还包括侧后视镜折叠和位置调节在内的常见功能，以及更多具有情调的应用，例如敞篷车顶，可伸缩踏板以及驾驶员与乘客之间的玻璃隔板。

在引擎盖下，电动机在其他一些地方也变得越来越普遍。在很多情况下，电动机正在取代皮带驱动的机械部件。实例包括散热器风扇、燃油泵、水泵和压缩机。将这些功能从皮带传动更改为电动传动有几个优点。其中一个优点是，使用现代电子设备的驱动电机比使用皮带和滑轮更节能，从而带来诸如提高燃油效率，减轻重量和降低排放等益处。另一个优点是，使用电机而不是皮带使机械设计更具自由度，因为泵和风扇的安装位置不必受到，必须将蛇形皮带连接到每个皮带轮的限制。

车内电机技术发展趋势

上图中所标注的地方都离不开电机，而且，随后汽车电子化程度的提升，自动驾驶及智能化的进展，电机在车中的应用会越来越多，电机的类型的驱动也在发生着变化。

之前汽车中的大多数电动机都采用标准的12V汽车系统，现在，双电压12V和48V系统正在成为主流，双电压系统可以将部分较高电流负载从12V电池中移出。使用48V电源的优点是相同功率的电流降低4倍，并且伴随着电缆和电机绕组重量的减轻。可能更新到48V电源的高电流负载的应用包括起动电机、涡轮增压器、燃油泵、水泵和冷却风扇。为这些组件安置48V电气系统可能会节省约10%的燃料消耗。

了解电机类型

不同的应用需要不同的电机，电机的分类方式有很多种。

1.根据工作电源分类——根据电动机工作电源的不同，可分为直流电动机和交流电动机。其中交流电动机还分为单相电动机和三相电动机。

2.根据工作原理——按结构及工作原理的不同，电动机可分为直流电动机，异步电动机和同步电动机。同步电动机还可分为永磁同步电动机、磁阻同步电动机和磁滞同布电动机。异步电动机可分为感应电动机和交流换向器电动机。

3.根据启动与运行方式分类——电动机按启动与运行方式可分为电容启动式单相异步电动机、电容运转式单相异步电动机、电容启动运转式单相异步电动机和分相式单相异步电动机。

4.根据用途分类——电动机按用途可分为驱动用电动机和控制用电动机。驱动用电动机又分为电动工具(包括钻孔、抛光、磨光、开槽、切割、扩孔等工具)用电动机、家电(包括洗衣机、电风扇、电冰箱、空调器、录音机、录像机、影碟机、吸尘器、照相机、电吹风、电动剃须刀等)用电动机及其它通用小型机械设备(包括各种小型机床、小型机械、医疗器械、电子仪器等)用电动机。控制用电动机又分为步进电动机和伺服电动机等。

5.根据转子的结构分类——电动机按转子的结构可分为笼型感应电动机(旧标准称为鼠笼型异步电动机)和绕线转子感应电动机(旧标准称为绕线型异步电动机)。

6.根据运转速度分类——电动机按运转速度可分为高速电动机、低速电动机、恒速电动机、调速电动机。

目前，汽车车身应用中的电机多采用有刷直流电机，这是一种传统的解决方案。由于电刷提供换向功能，这些电机的驱动简单并且相对便宜。在某些应用中，无刷直流(BLDC)电机在功率密度方面具有显着优势，从而减轻重量并提供更好的燃油经济性和更低的排放，制造商在挡风玻璃刮水器、机舱加热、通风和空调(HVAC)鼓风机和泵中都选择使用BLDC电机。在这些应用中，电动机倾向于长时间运转，而不是像电动车窗或电动座椅那样的瞬时操作，其中有刷式电动机的简单性和成本效益仍然具有优势。

适合电动汽车的电机

从燃油车向纯电动车的转变，将使汽车的核心引擎转向电机驱动式。

电机驱动系统是电动汽车的心脏，它由电机、功率转换器、各种检测传感器和电源组成。适合电动汽车的电机有：直流电动机、无刷直流电动机、异步电动机、永磁同步电动机、开关磁阻电动机。

直流电动机是将直流电能转换为机械能的电动机，因其良好的调速性能而在电力拖动中得到广泛应用。它还具有启动力矩大，控制比较简单的特点，因此，凡是在重负载下启动或要求均匀调节转速的机械，例如大型可逆轧钢机、卷扬机、电力机车、电车等，都适合采用直流电机。

无刷直流电动机非常符合电动汽车的负载特性，具有低速大转矩特性，能提供大的启动转矩，满足电动汽车的加速要求，同时，它可以在低、中、高宽速度范围内运行，它还具有高效率特性，在轻载车况下，具有较高的效率。缺点是电机本身比交流电动机复杂，控制器比有刷直流电机复杂。

异步电动机即感应电动机，是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。异步电机结构简单，易于制造维护，它具有接近恒速的负载特性，能满足大多数工农业生产机械拖动的要求。但是，异步电机的转速与其旋转磁场的同步转速有固定的转差率，因而调速性较差，不如直流电机经济、灵活。另外，在大功率、低转速场合的应用，异步电机不如同步电机合理。

永磁同步电机是由永磁体励磁产生同步旋转磁场的同步电机，永磁体作为转子产生旋转磁场，三相定子绕组在旋转磁场作用下通过电枢反应，感应三相对称电流。永磁电动机体积小，重量轻，转动惯量小，功率密度高，适合电动汽车空间有限的特点，另外，其转矩惯量比大，过载能力强，尤其低转速时输出转矩大，适合电脑汽车的启动加速。因此，永磁电动机得到了国内外电动汽车届的普遍认可，已在多款电动汽车上使用。例如，日本的电动汽车大都采用永磁电动机驱动，丰田普锐斯混合动力车就采用了这种电机。

开关磁阻电机是一种新型调速电机，调速系统兼具直流、交流两类调速系统的优点，是继变频调速系统、无刷直流电动机调速系统的最新一代无极调速系统。它的结构简单坚固，调速范围宽，调速性能优异，且在整个调速范围内都具有较高效率，系统可靠性高。主要有开关磁阻电机、功率变换器、控制器与位置检测器四部分组成。控制器内包含功率变换器和控制电路，而转子位置检测器则安装在电机的一端。现如今，开关磁阻电机的应用和发展取得了明显的进步，已成功地应用于电动车驱动、通用工业、家用电器和纺织机械等各个领域，功率范围从10W到5MW，最大速度高达100,000 r/min。

轮毂电机技术也被称为车轮内装电机技术，它的最大特点就是将动力装置、传动装置和制动装置都整合一起到轮毂内，得以将电动车辆的机械部分大为简化。

轮毂电机驱动系统一般由电动机、减速机构、制动器与散热系统组成，轮毂电机的电机类型主要有永磁、感应、开关磁阻式，其动力系统根据电机的转子类型分成两种:内转子型和外转子型。由于轮毂电机具备单个车轮独立驱动的特性，因此无论是前驱、后驱还是四驱形式，它都可以比较轻松地实现，全时四驱在轮毂电机驱动的车辆上实现起来非常容易。同时轮毂电机可以通过左右车轮的不同转速甚至反转实现类似履带式车辆的差动转向，大大减小车辆的转弯半径，在特殊情况下几乎可以实现原地转向(不过此时对车辆转向机构和轮胎的磨损较大)，对于特种车辆很有价值，例如，风靡大街的平衡车很多都采用了轮毂电机。但轮毂电机也有缺点，采用轮毂电机会增大汽车簧下质量和轮毂的转动惯量，对车辆的操控会有影响。另外，轮毂电机的电制动性能有限，维持制动系统运行需要消耗不少电能,对密封散热也有更高要求。

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