不同兩種電機(jī)如何產(chǎn)生動(dòng)力？

在電動(dòng)汽車中，電動(dòng)機(jī)是非常重要的一個(gè)關(guān)鍵零部件，此前我們已經(jīng)陸續(xù)介紹過 電動(dòng)機(jī)都有哪些類型？ 電動(dòng)機(jī)有什么性能特點(diǎn)？

交流異步電動(dòng)機(jī)是一種將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的電力拖動(dòng)裝置。它主要由定子、轉(zhuǎn)子和它們之間的氣隙構(gòu)成。對定子繞組通往三相交流電源后，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場并切割轉(zhuǎn)子，獲得轉(zhuǎn)矩。三相交流異步電動(dòng)機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行可靠、價(jià)格便宜、過載能力強(qiáng)及使用、安裝、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。

永磁同步電動(dòng)機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單，體積小、效率高、功率因數(shù)高等優(yōu)點(diǎn)。目前，永磁同步電動(dòng)機(jī)已經(jīng)在冶金行業(yè)（煉鐵廠和燒結(jié)廠等）、陶瓷行業(yè)（球磨機(jī)）、橡膠行業(yè)（密煉機(jī)）、石油行業(yè)（抽油機(jī)）、紡織行業(yè)（倍捻機(jī)、細(xì)紗機(jī)）等行業(yè)的中、低壓電動(dòng)機(jī)中獲得業(yè)績，并逐步積累設(shè)計(jì)和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。

永磁同步電動(dòng)機(jī)（英文名稱為permanent mag?net synchronous motor，簡稱PMSM）主要是由轉(zhuǎn)子、端蓋及定子等各部件組成。永磁同步電動(dòng)機(jī)的定子結(jié)構(gòu)與普通的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)非常相似，轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)與異步電動(dòng)機(jī)的最大不同是在轉(zhuǎn)子上放有高質(zhì)量的永磁體磁極，根據(jù)在轉(zhuǎn)子上安放永磁體的位置的不同，永磁同步電動(dòng)機(jī)通常被分為表面式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)和內(nèi)置式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。

永磁體的放置方式對電動(dòng)機(jī)性能影響很大。表面式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)—永磁體位于轉(zhuǎn)子鐵芯的外表面，這種轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)簡單，但產(chǎn)生的異步轉(zhuǎn)矩很小，僅適合于啟動(dòng)要求不高的場合，很少應(yīng)用。內(nèi)置式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)—永磁體位于鼠籠導(dǎo)條和轉(zhuǎn)軸之間的鐵芯中，啟動(dòng)性能好，目前的絕大多數(shù)永磁同步電動(dòng)機(jī)都采用這種結(jié)構(gòu)。永磁同步電動(dòng)機(jī)，其結(jié)構(gòu)見圖1。

交流電動(dòng)機(jī)的工作原理：通電繞組在旋轉(zhuǎn)磁場里轉(zhuǎn)動(dòng)。

電動(dòng)機(jī)中的定子和轉(zhuǎn)子并不接觸，為什么給定子繞組通上交流電后，轉(zhuǎn)子就會(huì)旋轉(zhuǎn)呢？其工作原理應(yīng)用到兩大電磁定律：法拉第定律和楞次定律。

當(dāng)定子上纏繞的繞組通上交流電后，由于交流電的特性，定子繞組就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)的電磁場。轉(zhuǎn)子上的繞組是一個(gè)閉環(huán)導(dǎo)體，它處在定子的旋轉(zhuǎn)磁場中就相當(dāng)于在不停地切割定子的磁感應(yīng)線。根據(jù)法拉第定律，閉合導(dǎo)體的一部分在磁場里做切割磁感應(yīng)線的運(yùn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)體中就會(huì)產(chǎn)生電流，而這個(gè)電流又會(huì)形成一個(gè)電磁場。

這樣，在電動(dòng)機(jī)中就有了兩個(gè)電磁場：一個(gè)是接通外部交流電后而產(chǎn)生的定子電磁場；另一個(gè)是因切割定子電磁感應(yīng)線而產(chǎn)生電流后形成的轉(zhuǎn)子電磁場。根據(jù)楞次定律，感應(yīng)電流的磁場總要反抗引起感應(yīng)電流的原因（轉(zhuǎn)子繞組切割定子電磁場的磁感應(yīng)線），也就是盡力使轉(zhuǎn)子上的導(dǎo)體不再切割定子磁場的磁感應(yīng)線，這樣的結(jié)果就是：轉(zhuǎn)子上的導(dǎo)體會(huì)“追趕”定子的旋轉(zhuǎn)電磁場，也就是使轉(zhuǎn)子跟著定子旋轉(zhuǎn)電磁場旋轉(zhuǎn)，最終使電動(dòng)機(jī)開始旋轉(zhuǎn)。

由于轉(zhuǎn)子總是在“追趕”定子電磁場的旋轉(zhuǎn)速度，并且為了能夠切割磁感應(yīng)線而產(chǎn)生感應(yīng)電流，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速總要比定子電磁場的轉(zhuǎn)速慢一點(diǎn)點(diǎn)（約為2%~5%），也就是異步運(yùn)行，所以才將這種產(chǎn)生感應(yīng)電流的電動(dòng)機(jī)稱為交流異步電動(dòng)機(jī)。

以下是單向交流電動(dòng)機(jī)的構(gòu)造：

通用汽車交流異步電動(dòng)機(jī)的構(gòu)造如下：

在交流異步電動(dòng)機(jī)中，轉(zhuǎn)子磁場的形成要分兩步走：第一步是定子旋轉(zhuǎn)磁場先在轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)出電流；第二步是感應(yīng)電流再產(chǎn)生轉(zhuǎn)子磁場。在楞次定律的作用下，轉(zhuǎn)子跟隨定子旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)動(dòng)，但又“永遠(yuǎn)追不上”，因此才稱其為異步電動(dòng)機(jī)。

如果轉(zhuǎn)子繞組中的電流不是由定子旋轉(zhuǎn)磁場感應(yīng)的，而是自己產(chǎn)生的，則轉(zhuǎn)子磁場與定子旋轉(zhuǎn)磁場無關(guān)，而且其磁極方向是固定的，那么根據(jù)同性相斥、異性相吸的原理，定子的旋轉(zhuǎn)磁場就會(huì)拉動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，并且使轉(zhuǎn)子磁場及轉(zhuǎn)子與定子旋轉(zhuǎn)磁場“同步”旋轉(zhuǎn)。這就是同步電動(dòng)機(jī)的工作原理。

根據(jù)轉(zhuǎn)子自生磁場產(chǎn)生方式的不同，又可以將同步電動(dòng)機(jī)分為兩種：

一是將轉(zhuǎn)子繞組通上外接直流電（勵(lì)磁電流），然后由勵(lì)磁電流產(chǎn)生轉(zhuǎn)子磁場，進(jìn)而使轉(zhuǎn)子與定子磁場同步旋轉(zhuǎn)。這種由勵(lì)磁電流產(chǎn)生轉(zhuǎn)子磁場的同步電動(dòng)機(jī)稱為勵(lì)磁同步電動(dòng)機(jī)。

二是干脆在轉(zhuǎn)子上嵌上永久磁體，直接產(chǎn)生磁場，省去了勵(lì)磁電流或感應(yīng)電流的環(huán)節(jié)。這種由永久磁體產(chǎn)生轉(zhuǎn)子磁場的同步電動(dòng)機(jī)，就稱為永磁同步電動(dòng)機(jī)。

以下是通用汽車和奧迪的永磁同步電動(dòng)機(jī)的構(gòu)造：

通用汽車永磁同步電動(dòng)機(jī)

奧迪永磁同步電動(dòng)機(jī)

最后還必須說一下，永磁同步電動(dòng)機(jī)有什么特點(diǎn)呢？

永磁電動(dòng)機(jī)具有較高的功率/質(zhì)量比，體積更小，質(zhì)量更輕，比其他類型電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩更大，電動(dòng)機(jī)的極限轉(zhuǎn)速和制動(dòng)性能也比較優(yōu)異，因此永磁同步電動(dòng)機(jī)已成為現(xiàn)今電動(dòng)汽車應(yīng)用最多的電動(dòng)機(jī)。

但永磁材料在受到振動(dòng)、高溫和過載電流作用時(shí)，其導(dǎo)磁性能可能會(huì)下降，或發(fā)生退磁現(xiàn)象，有可能降低永磁電動(dòng)機(jī)的性能。另外，稀土式永磁同步電動(dòng)機(jī)要用到稀土材料，制造成本不太穩(wěn)定。