淺談電磁感應(yīng)現(xiàn)象在汽車中的應(yīng)用

郝 英

(邢臺(tái)市第一中學(xué) 河北 邢臺(tái) 054000)

電磁感應(yīng)現(xiàn)象是電磁學(xué)中最重大的發(fā)現(xiàn)之一，電磁感應(yīng)的發(fā)現(xiàn)改變了人類的生活方式.汽車是19世紀(jì)最偉大的發(fā)明之一,隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,汽車逐漸走進(jìn)了尋常百姓家，成為不可缺少的交通運(yùn)輸工具，你知道汽車在哪些方面應(yīng)用了電磁感應(yīng)現(xiàn)象嗎？

1 電磁感應(yīng)式車速傳感器

在汽車儀表系統(tǒng)中要顯示車速,在汽車燃油噴射、自動(dòng)變速器、ABS/ASR、巡航定速控制等系統(tǒng)中都要涉及到汽車的車速狀況.車速通常通過直接或間接檢測(cè)車輪轉(zhuǎn)速獲得.如圖1所示, 電磁感應(yīng)式車速傳感器由永久磁鐵和電磁感應(yīng)線圈組成，它被固定安裝在自動(dòng)變速器輸出軸附近的殼體上，輸出軸上的停車鎖定齒輪為感應(yīng)轉(zhuǎn)子，當(dāng)輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，停車鎖定齒輪的凸齒，不斷地靠近或離開車速傳感器，使線圈內(nèi)的磁通量發(fā)生變化，從而產(chǎn)生交流電,車速越高，輸出軸轉(zhuǎn)速也越高，感應(yīng)電壓脈沖頻率也越高，電控組件根據(jù)感應(yīng)電壓脈沖的頻率計(jì)算汽車行駛的速度.

圖1 車速傳感器示意圖

2 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)火花塞點(diǎn)火裝置

汽車電源是蓄電池，其電壓為12 V 或24 V，而汽車點(diǎn)火需要高壓10 000 V 以上.這是怎么實(shí)現(xiàn)的呢?火花塞點(diǎn)火裝置示意圖如圖2所示，點(diǎn)火線圈實(shí)際上是一個(gè)變壓器，主要由初級(jí)繞組、次級(jí)繞組和鐵芯組成.斷電器的開閉由斷電器凸輪軸控制，凸輪由發(fā)動(dòng)機(jī)的凸輪軸驅(qū)動(dòng).觸點(diǎn)閉合時(shí)，初級(jí)電路通電，在初級(jí)繞組通電時(shí)，其周圍產(chǎn)生磁場(chǎng)，并由于鐵芯的作用而加強(qiáng).觸點(diǎn)斷開時(shí)，初級(jí)電路斷開，電流突變?cè)诔跫?jí)線圈中產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)，約200～300 V；由于電磁感應(yīng)，在次級(jí)繞組中會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，其值取決于兩線圈的匝數(shù)比(47～70)，該電壓值約為12 000～21 000 V之間，此電壓加在火花塞電極兩端，足以擊穿火花塞之間的混合氣，產(chǎn)生電火花，點(diǎn)燃混合氣.

圖2 火花塞點(diǎn)火裝置示意圖

3 電磁剎車(電渦流緩速器)

現(xiàn)代重型商用車輛制動(dòng)裝置普遍在“手制動(dòng)”(手剎)和“腳制動(dòng)”(剎車踏板)兩種傳統(tǒng)方式的基礎(chǔ)上，加裝了電渦流緩速器輔助制動(dòng)裝置，俗稱電剎.該裝置安裝在汽車底盤上的驅(qū)動(dòng)橋與變速箱之間，一般由定子、轉(zhuǎn)子及固定支架組成,實(shí)物圖如圖3所示.緩速器工作時(shí)，定子線圈內(nèi)通電產(chǎn)生磁場(chǎng)，而轉(zhuǎn)子隨傳動(dòng)軸一起旋轉(zhuǎn)，電磁剎車原理示意圖如圖4所示.轉(zhuǎn)子切割定子產(chǎn)生磁感線，在轉(zhuǎn)子盤內(nèi)部產(chǎn)生渦旋狀的感應(yīng)電流.這樣，定子就會(huì)向轉(zhuǎn)子施加一個(gè)阻礙轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的電磁力，從而產(chǎn)生制動(dòng)力矩.電渦流緩速器所產(chǎn)生的制動(dòng)力矩，可由激磁電流控制裝置來(lái)調(diào)節(jié).通過線圈的激磁電流越大，磁場(chǎng)越強(qiáng)，制動(dòng)力矩就越大.同時(shí)，渦流在具有一定電阻的轉(zhuǎn)子盤內(nèi)部流通，由于電阻的熱效應(yīng)會(huì)把電能轉(zhuǎn)化為熱能.汽車在減速或下長(zhǎng)坡時(shí)，啟用緩速器，可以平穩(wěn)減速，免去使用剎車而造成的磨損.

圖3 電磁剎車裝置外形及安裝位置

圖4 電磁剎車原理示意圖

4 汽車發(fā)電機(jī)

汽車發(fā)電機(jī)是汽車的主要電源，其功用是在發(fā)動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)(怠速以上)，向所有用電設(shè)備(起動(dòng)機(jī)除外)供電，同時(shí)向蓄電池充電.交流發(fā)電機(jī)是由三相同步交流發(fā)電機(jī)和硅整流器兩大部分組成.它的工作原理是：轉(zhuǎn)子繞組與蓄電池接通后，便產(chǎn)生磁場(chǎng).由于定子繞組是固定的，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)子的磁感線與定子三相繞組產(chǎn)生相對(duì)的切割運(yùn)動(dòng)，于是在定子繞組中便感應(yīng)出三相交變電動(dòng)勢(shì)，產(chǎn)生交流電.此交流電再經(jīng)由二極管組成的整流元件變?yōu)橹绷麟娸敵?

5 車輛違章自動(dòng)抓拍系統(tǒng)

現(xiàn)在的車輛違章抓拍系統(tǒng)普遍采用雙線圈檢測(cè)方式，通過地感線圈感應(yīng)車輛,結(jié)合信號(hào)燈的狀態(tài)對(duì)違法車輛進(jìn)行自動(dòng)抓拍.埋設(shè)于車道的環(huán)形線圈由線圈信號(hào)檢測(cè)器進(jìn)行供電，因而形成一個(gè)磁場(chǎng)，當(dāng)有金屬物體經(jīng)過磁場(chǎng)時(shí)，磁場(chǎng)的磁通量將發(fā)生一系列的變化，而機(jī)動(dòng)車可被視同金屬物體.

在紅燈信號(hào)時(shí)，觸發(fā)闖紅燈抓拍系統(tǒng).如圖5所示，當(dāng)車輛壓在A線圈上，檢測(cè)器發(fā)第1個(gè)觸發(fā)抓拍信號(hào)給攝像機(jī)，拍攝車輛壓在停車線上的照片.當(dāng)車輛進(jìn)入線圈B時(shí)，檢測(cè)器發(fā)第2個(gè)觸發(fā)抓拍信號(hào)給攝像機(jī)，拍攝車輛離開停車線并繼續(xù)前行的照片(若此時(shí)停車，不計(jì)入違章).當(dāng)車輛離開線圈B時(shí)，檢測(cè)器發(fā)第3個(gè)觸發(fā)抓拍信號(hào)給攝像機(jī)，拍攝車輛越過停車線的圖片.系統(tǒng)由這3張照片確定違章.

圖5 車輛違章自動(dòng)抓拍系統(tǒng)原理示意圖

而且檢測(cè)器可以根據(jù)前面兩次觸發(fā)拍照的間隔及A，B線圈中間的距離，計(jì)算汽車速度,一旦超過設(shè)定值,即觸發(fā)超速拍照，同時(shí)檢測(cè)器會(huì)將當(dāng)前車輛的速度值傳輸給抓拍機(jī)，并在抓拍圖片上反映出來(lái)，從而記錄超速車輛.

如果設(shè)定汽車行駛先經(jīng)過線圈A再經(jīng)過線圈,

檢測(cè)器通過相位判定，為正常行駛，而當(dāng)車輛從B線圈到A線圈時(shí)，則判定為逆行，觸發(fā)抓逆行拍照.

現(xiàn)在很多停車場(chǎng)也采取類似原理進(jìn)行停車管理，車輛在進(jìn)出停車場(chǎng)時(shí)會(huì)被識(shí)別車牌號(hào)碼，記錄下時(shí)間間隔，自動(dòng)計(jì)算停車費(fèi)，用戶離場(chǎng)時(shí)可用電子支付方式付停車費(fèi)，便可不停車通暢出場(chǎng).

6 電動(dòng)汽車電磁感應(yīng)式無(wú)線充電技術(shù)

伴隨著純電動(dòng)汽車的發(fā)展，與之相關(guān)的無(wú)線充電技術(shù)也越發(fā)受到關(guān)注,其中電磁感應(yīng)式高效充電的無(wú)線充電技術(shù)是比較成熟的.將充電電纜和發(fā)射線圈埋設(shè)在停車位組成供電機(jī)構(gòu)，當(dāng)車輛駛?cè)胪＼囄唬惭b在車輛底部的接收線圈與發(fā)射線圈重合，車輛與充電服務(wù)器建立通訊開始充電，發(fā)射線圈產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，接收線圈產(chǎn)生電流通過逆變器將電能傳遞到電池.電磁感應(yīng)式無(wú)線充電的能量轉(zhuǎn)換率高達(dá)92%，傳輸功率范圍較大，能從幾瓦到幾千瓦.但也有限制,使用時(shí)要求兩個(gè)設(shè)備的距離必須很近，供電距離控制在0 mm～10 cm左右，而且充電只能對(duì)準(zhǔn)線圈一對(duì)一進(jìn)行.充電原理圖如圖6所示.

圖6 無(wú)線充電原理示意圖

科技改變生活，電磁感應(yīng)現(xiàn)象必將在更廣闊的范圍內(nèi)得到應(yīng)用.同時(shí),經(jīng)過不斷改進(jìn)、創(chuàng)新，可以預(yù)見汽車的電子化、智能化還將出現(xiàn)許多新系統(tǒng)、新成果，使駕乘汽車變得更加安全、環(huán)保、節(jié)能、舒適和愉悅.