穿梭在城市中的輕卡，越來越多的是電動卡車，因此電動卡車也逐漸走進(jìn)卡友的視線中。

在政策法規(guī)上，電動卡車受到政府支持；日常使用上，電動卡車成本要比燃油卡車的成本低的多，且電動卡車控制更容易智能，更容易實(shí)現(xiàn)車聯(lián)網(wǎng)，但是電動卡車的發(fā)展一直很緩慢。

圖1：電動卡車（來源：卡車之家）

提到電動卡車，我們腦海中第一想法就是“電”。由此深入，電動卡車的核心技術(shù)可以簡稱為“三電”，即電機(jī)、電池、電控。今天小編就和車友討論一下電機(jī)，重點(diǎn)說說各種電機(jī)的特點(diǎn)和基本原理。

▎電機(jī)主要類別和分類方式：

今天咱們的討論并不很深入，所以就簡單介紹一下類別和分類依據(jù)。

▎根據(jù)直流和交流分：

根據(jù)電流的直流和交流可以分為直流電機(jī)和交流電機(jī)，直流電機(jī)可以細(xì)分為有刷電機(jī)和無刷電機(jī)，交流電機(jī)還可以繼續(xù)分為單相和三相電機(jī)。

圖2：直流電機(jī)（來源：互聯(lián)網(wǎng)）

簡單說，直流和交流區(qū)別在于：直流電有正負(fù)極，電流有固定的方向，從正極流向負(fù)極；交流電是指大小和方向都隨時間做周期性變化的電流，日常生活中的用電就是交流電，日常稱呼為“火線”和“零線”。在這里多說一句“零線”并不是沒有“電”，只是相對大地沒有電壓降，電壓降就電勢差，所以就相對的沒有電流。

▎根據(jù)轉(zhuǎn)差率分：

根據(jù)轉(zhuǎn)差率可以分為同步電機(jī)和異步電機(jī)。繼續(xù)細(xì)分，同步電機(jī)根據(jù)磁場不一樣，有永磁同步電機(jī)，磁滯同步電機(jī)和磁阻同步電機(jī)；異步電機(jī)，有感應(yīng)形式的，也有交流換向器形式的，而感應(yīng)形式的有三相異步電機(jī)和罩極異步電機(jī)。

既然提到了轉(zhuǎn)差率，就得說說轉(zhuǎn)差率的概念了。只有當(dāng)閉合線圈有感應(yīng)電流時，才存在驅(qū)動轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)矩由閉合線圈的電流確定，且只有當(dāng)環(huán)內(nèi)的磁通量發(fā)生變化時才存在。因此，閉合線圈和旋轉(zhuǎn)磁場之間必須有速度差。因而，遵照上述原理工作的電機(jī)被稱作“異步電機(jī)”。

同步轉(zhuǎn)速(ns)和閉合線圈速度(n)之間的差值稱作“轉(zhuǎn)差”，用同步轉(zhuǎn)速的百分比表示。

s=[(ns-n)/ ns] x 100% （s為下標(biāo)）運(yùn)行過程中，轉(zhuǎn)子電流頻率為電源頻率乘以轉(zhuǎn)差率。當(dāng)電動機(jī)起動時，轉(zhuǎn)子電流頻率處于最大值，等于定子電流頻率。

轉(zhuǎn)子電流頻率隨著電機(jī)轉(zhuǎn)速的增加而逐步降低，并且處于恒穩(wěn)態(tài)的轉(zhuǎn)差率與電機(jī)負(fù)載有關(guān)系。它既受到電源電壓的影響，又受到負(fù)載的影響。如果負(fù)載較高，則轉(zhuǎn)差率較大，或者電機(jī)供電電壓低于額定值，則轉(zhuǎn)差率增大。這里就會引起我們思考另一個問題，同步電機(jī)和負(fù)載又是什么關(guān)系呢，后面永磁同步電機(jī)的時候在討論。

實(shí)際上，即使電壓正確無誤，如果供電頻率高于異步電機(jī)的額定頻率，一也未必能夠提高電機(jī)轉(zhuǎn)速。存在轉(zhuǎn)差率，帶負(fù)載的異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速稍稍低于同步轉(zhuǎn)速。

還有其他的分類方式就不在一一敘述了。

▎各類電機(jī)的基本原理：

電機(jī)的種類繁多，小編選取幾個具有典型特點(diǎn)的電機(jī)和大家探討一下它們的工作原理。

1. 直流有刷電機(jī)

有刷直流電機(jī)是一種直流電機(jī)，有刷電機(jī)的定子上安裝有固定的主磁極和電刷，轉(zhuǎn)子上安裝有電樞繞組和換向器。直流電源的電能通過電刷和換向器進(jìn)入電樞繞組，產(chǎn)生電樞電流，電樞電流產(chǎn)生的磁場與主磁場相互作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，使電機(jī)旋轉(zhuǎn)帶動負(fù)載。由于電刷和換向器的存在，有刷電機(jī)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，可靠性差，故障多，維護(hù)工作量大，壽命短，換向火花易產(chǎn)生電磁干擾。

圖3：永磁同步電機(jī)（來源：互聯(lián)網(wǎng)）

2.永磁同步電機(jī)

首先“永磁同步電機(jī)”是交流電機(jī)，因?yàn)闊o論作為發(fā)電機(jī)還是電動機(jī)使用，它的定子繞組中電流都是交流的，而它的轉(zhuǎn)子上有永磁體，繞組上為感應(yīng)電流。

“永磁”指的是電機(jī)的轉(zhuǎn)子（對旋轉(zhuǎn)電機(jī)）上有永磁材料。

“同步”指的是電機(jī)的轉(zhuǎn)速與電樞繞組中通入交流電的頻率能相同，而直流電的頻率是0，所以你只要看到電機(jī)名字中有“同步”一詞，就立刻可以判斷它是屬于交流電機(jī)。

正如上面所提到的轉(zhuǎn)差率，如果負(fù)載增加，功角將增加，此時不會“失步”，依然是同步電機(jī)，如果負(fù)載繼續(xù)增加，此時電機(jī)就會失步，變?yōu)椤爱惒健薄?/P>

“失步”是一個很重要的概念，合理的“失步”，特別是啟動，加速時，因?yàn)樗枇卮?，所以就不能保持轉(zhuǎn)子和電流頻率相同，進(jìn)而“失步”。

在選擇合適電機(jī)情況下，轉(zhuǎn)子加速度慢于電機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁場即轉(zhuǎn)子速度低于換相速度時，電機(jī)會產(chǎn)生失步，這是因?yàn)檩斎腚姍C(jī)的電能不足，產(chǎn)生的力矩?zé)o法使轉(zhuǎn)子速度跟上定子磁場的旋轉(zhuǎn)速度，從而引起失步。

3.三相異步電機(jī)

這種電機(jī)是我們生活中最常見的電機(jī)，三相異步電機(jī)是靠同時接入380V三相交流電源（的一類電動機(jī)，由于三相異步電機(jī)的轉(zhuǎn)子與定子旋轉(zhuǎn)磁場以相同的方向、不同的轉(zhuǎn)速成旋轉(zhuǎn)，存在轉(zhuǎn)差率，所以叫三相異步電機(jī)。

圖4：三相異步電機(jī)（來源：互聯(lián)網(wǎng)）

當(dāng)電動機(jī)的三相定子繞組 通入三相對稱交流電后，將產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)磁場，該旋轉(zhuǎn)磁場切割轉(zhuǎn)子繞組，從而在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電流（轉(zhuǎn)子繞組是閉合通路），載流的轉(zhuǎn)子導(dǎo)體在定子旋轉(zhuǎn)磁場作用下將產(chǎn)生電磁力，從而在電機(jī)轉(zhuǎn)軸上形成電磁轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動電動機(jī)旋轉(zhuǎn)，并且電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向與旋轉(zhuǎn)磁場方向相同。

圖5：三相異步電機(jī)原理（來源：互聯(lián)網(wǎng)）

當(dāng)導(dǎo)體在磁場內(nèi)切割磁力線時，在導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電流，“感應(yīng)電機(jī)”的名稱由此而來。感應(yīng)電流和磁場的聯(lián)合作用向電機(jī)轉(zhuǎn)子施加驅(qū)動力。

▎各種電機(jī)特點(diǎn)（性能、可靠性 、能耗），以及本身特點(diǎn)對電動卡車選用的影響：

絕大部分廠商用的電機(jī)都是永磁同步電機(jī)，說到這里就有個疑問，電池輸出的直流電為什么要用交流電機(jī)呢？這就與永磁同步電機(jī)的特性有關(guān)：

永磁同步電機(jī)安裝在卡車上，結(jié)構(gòu)簡單，永磁同步電機(jī)可以將電機(jī)整體地安裝在輪軸上，形成整體直驅(qū)系統(tǒng)，即一個輪軸就是一個驅(qū)動單元，省去了一個變速箱。

圖6：永磁同步電機(jī)（來源：互聯(lián)網(wǎng)）

永磁同步電機(jī)的特點(diǎn)主要有以下幾方面：

（1）永磁同步電機(jī)本身的功率效率高以及功率因數(shù)高;

功率效率高是很容易理解的，摩擦損耗低，自然功率效率高；談到功率因數(shù)，功率因數(shù)的大小與電路的負(fù)荷性質(zhì)有關(guān)， 如白熾燈泡、電阻爐等電阻負(fù)荷的功率因數(shù)為1，一般具有電感性負(fù)載的電路功率因數(shù)都小于1。功率因數(shù)是電力系統(tǒng)的一個重要的技術(shù)數(shù)據(jù)。

功率因數(shù)是衡量電氣設(shè)備效率高低的一個系數(shù)，就是把電能轉(zhuǎn)換為自己想要功的能力。功率因數(shù)低，說明電路用于交變磁場轉(zhuǎn)換的無功功率大， 從而降低了設(shè)備的利用率，增加了線路供電損失。

（2）相對應(yīng)的還有其他的優(yōu)勢，永磁同步電機(jī)發(fā)熱小，因此電機(jī)冷卻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、體積小、噪聲小，系統(tǒng)采用全封閉結(jié)構(gòu)，無傳動齒輪磨損、無傳動齒輪噪聲，免潤滑油、免維護(hù)，永磁同步電機(jī)允許的過載電流大，可靠性顯著提高，整個傳動系統(tǒng)重量輕，單位重量的功率大。

▎總結(jié)：

小編盡可能把文章中的電機(jī)說清楚，但是依然有很多東西說不清楚。電機(jī)的種類有很多種，但都是大同小異，且都已經(jīng)形成了標(biāo)準(zhǔn)，所以說，那些缺點(diǎn)和不足很難克服，我們最便捷、最經(jīng)濟(jì)的做法就是突出主要矛盾，把我們最關(guān)心的方面放在首位。

電機(jī)方面的問題對電動卡車來說是細(xì)枝末節(jié)的小問題，正規(guī)廠商的主流產(chǎn)品還是值得信賴的，最后希望本文對車友有啟發(fā)。（文/卡車之家特約作者：封狼居胥）來源：卡車之家作者：封狼居胥

分享：