驱动电机相较于传统的燃油发动机,它在能量转化效率方面虽然有更高的优势,但是它们都有着一个共性,那就是在动力传递的过程中也是会损耗部分能量。驱动电机除了铜损耗和铁损耗外,由于其内部也是由许多机械结构组成,在正常运转时也是要做机械运动的,所以就少不了会造成机械损耗。
润滑才能降低摩擦
相对于铜损耗、铁损耗,其实机械损耗从字面意思上就很好理解了,在驱动电机正常运转的时候,零部件之间的摩擦会造成部分能量的损耗,这些都统称为机械损耗。就比如作为驱动电机重要结构之一的转子,它是需要进行不断旋转向车辆输出动力,既然是旋转那肯定就存在有轴承和零部件之间的摩擦情况,因此也就会造成部分的能量损耗。
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零部件旋转造成摩擦的现象是无可避免的,如何降低就成了解决问题的关键。生活中降低轴承摩擦的办法很简单,就拿我们平时骑的自行车来说,一般每隔一段时间就要向链条处涂抹润滑油,这样骑着能更省力些。说到底,原理就是向轴承等零部件加注适量的润滑油,让其表面变的润滑以此减少摩擦,驱动电机内部的轴承也是如此。
相对于自行车每隔一段时间,就要重新涂抹润滑油的做法,驱动电机是不能做到这样的。因为它是一个非常精密的器械,经常拆卸开来会影响整体的公差精度,还有可能会造成外界杂物进入驱动电机内部导致故障的产生,所以驱动电机轴承一般使用的都是更加长效的润滑脂。
润滑脂相对于润滑油来说,由于后者由于呈现为液态的油状,所以它的流动性更强且挥发性也更高些,相对来说使用呈半固体状的润滑脂,从使用时间的持久性上会更加稳定些。在生产驱动电机时注入足量的润滑脂,一般来说车辆处于正常使用状态的话,几乎不用拆开驱动电机再次加注润滑脂,这样就降低了外界杂物进入驱动电机内部的风险。
当然,驱动电机内部是要和减速器相连的,在需要的时候为车辆降低转速且提升输出扭矩,也正是因为有了减速器的存在,其内部就存在有一些轴承等零部件,因此也就存在有摩擦损耗能量的情况,为了降低摩擦且起到冷却的作用,减速器内部也会加注一些润滑脂进行润滑。
因为驱动电机运转时会发热所以需要散热,如果内部积压的热量过高会影响输出功率,所以除了依靠驱动电机本身的被动散热,还需要加装一些主动散热的装置,这其中就包括有早期驱动电机所使用的同轴风扇。
不同于当下主流的液冷方式,早期的车辆所使用的驱动电机是有风冷散热的,其中主动风冷是由驱动电机自带的同轴风扇转动形成一个可以流动循环的风道,循环的让冷空气进入风道将热量带出,在这个过程中同轴风扇也会消耗掉部分电能。
因为风冷的效率相对较低,对于一些小功率驱动电机还算有着不错的散热效果,但如果应用在功率较大的驱动电机上,这种散热方式所带走的热量可能低于产生的热量,运行时间久了积压的热量便会引发驱动电机降低功率等情况,所以当下的驱动电机大多采用的是液冷散热方式。
“气”也能造成能量损耗
除此之外,转子在转动时因为空气阻力的原因会产生一定的能量损耗,这部分损失的能量也被称之为风磨损耗。物体在移动的时候一般都会受到来自空气的阻力,这个物理常识相信大家都能够理解,但是可能有些小伙伴又会疑惑了,驱动电机内部是经过特殊密封处理的,为什么会有空气阻力呢?
其实驱动电机的定子和转子之间是由一定间隙的,这个间隙的学术名词被叫做气隙。如果定子和转子两者直接接触产生摩擦,以驱动电机超每分钟万转的转速来看,势必会产生大量热量并直接影响性能的输出,气隙的存在就是为了避免定子、转子出现直接摩擦的现象产生。
正是因为有了气隙的存在,转子在转动时便会受到来自空气的阻力,转速越快相对而言阻力的数值就越大,所以让驱动电机在保证动力输出的前提下,转速越低那么损失的能量就越少。
同时气隙的大小也是有着严格设计的,如果气隙过小的话,那么驱动电机的定子和转子便会有直接接触的可能,气隙过大会导致磁场中的磁阻变大,结果是会损坏更多的电能且驱动电机的整体输出功率会降低。
当然,做到以上优化措施的前提也非常重要,那就是每个零部件的工艺要达到合格水准。因为在把各种零部件装配成驱动电机的同时,要让每个零部件之间都要相互匹配,在保障零部件公差和精度的基础上,再去进行各种各样的降摩擦优化。
如果零部件之间从最开始就不匹配,那么不仅会因为产生更多的摩擦浪费更多的电能,甚至还会造成零部件变形的情况导致驱动电机出现故障。后期因为磨损的原因导致的零部件之间不契合,也要及时进行检修并视情况对其更换,以防零部件变形影响驱动电机的正常运转。
写在最后:
机械损耗其实就是机械运动造成的能量损耗,只要是机械结构就必定会存在此种现象,这也是无法避免的物理学常识,既然无法绕过那就只能继续采用“堵不如疏”的策略,在不影响性能的前提下尽量去降低机械损耗。下期内容,将带大家一起了解驱动电机能量损耗的最后一种方式—杂散损耗,有兴趣的小伙伴记得持续关注《拆车坊》。