新能源汽车装配这种“电机”，功能多还小巧！

所有的电动机都可以在两个方向上运行——既能当电动机，也能当发电机。这种反转原理在第一台电动机出现时就被发现了。而现如今，科技越来越发达，现在的电动机更加小巧、多功能，足以证明科技在飞速发展。

这意味着，在下坡行驶、遇到红灯或交通堵塞刹车时能实现电力“恢复”，将能量送回到电池里。设计精巧的电动机的功率可以达到90%以上，但对内燃机来说，只能达到30%左右。

由于电动机已经能很高效地将电能转换为机械能，所以目前的研发重点已经转移到了优化功率重量比上。发动机越轻，所需空间就越小，车辆加速减速时消耗的能量就越少。

例如，宝马i3的电动机重约50千克。它有着75千瓦的连续输出功率，因此功率重量比达到了每千瓦0.67千克。德国卡尔斯鲁厄理工学院开发的一款高性能发动机原型机，重量仅为13千克，连续输出功率为70千瓦，因此功率重量比仅为每千瓦0.19千克。

在不增加电动机尺寸的情况下，实现如此高的输出功率，基本上只有三种方法：增加磁通量密度、加大线圈绕组中的电流或增加转速。

由于前面提到的硅钢片的饱和问题，磁通量密度会受到限制。更好的钢片材料，比如钴合金钢，往往产量低、成本高，一般只能用于赛车这类车辆。对于普通车辆来讲，它们还是过于昂贵。

增加功率密度的第二种方法是加大电流。但这种方法会增加损耗，并产生热量。因为绕组是由铜线制成的，一定存在电阻。当然，还有其他的损耗来源，比如硅钢片的永久性磁化和涡流。尽管如此，目前电动机最大的损耗还是电流带来的热损耗。

在长时间运行的情况下，电动机能够利用多少电量最终还要取决于冷却效果。在今天的电动机中，定子外面包裹着一个空心外壳，冷却水就在其中流动。更加先进的电动机设计还要巧妙一些，比如用喷枪将冷却剂注入钻了孔的电机轴中，或者直接在发动机里面的绕组上喷洒油雾。

最新的研究进展包括，将冷却水直接引入到铜导线上和定子铁芯槽里，以进一步增强热交换。同时，用矩形导线替代圆形导线可以增加匝数，这意味着能在同样大小的区域内填充更多的铜导线。所有这些都对电磁计算、设计、制造技术提出了全新的挑战。虽然一些原型机已经得以实现，但大规模生产仍然为时尚早。

但无论采用何种技术解决方案，电动机能够利用的电量都存在一个最大值，因为能够被清除的热量是有限的，这决定了电动机线圈绕组中能通过的最大电流。

今天的电动机在连续运行时，最大的电流通常为每厘米5万~10万安培。在加速阶段，短期的峰值负载能达到每厘米20万安培。这时，额外的热量会暂时储存在叠片铁芯中，然后再被冷却。

电动机可多功能使用，你的身边有这种小巧且功能多的电动机吗？