目前傳統(tǒng)汽車市場處于下行趨勢，國內(nèi)汽車同比產(chǎn)銷量已持續(xù)下降，與之截然不同的是，新能源汽車行業(yè)景氣度持續(xù)走高，2013年特斯拉電動跑車的推出，將電動汽車的關(guān)注度提高到前所未有的高度。電動汽車的動力輸出，選用的是什么電機(jī)呢?

一目前電動汽車用電機(jī)類型

　　目前小型乘用電動汽車采用的電機(jī)基本可以分為異步電機(jī)和永磁同步電機(jī)兩個陣營。

　　特斯拉“Model S”高性能電動跑車采用的是異步電機(jī)，比亞迪“秦”油電混合動力汽車采用的是永磁同步電機(jī)，寶馬i3、i8油電混合動力汽車采用的是“混合”同步電機(jī)，其實也是基于永磁同步電機(jī)加磁阻電機(jī)的原理來設(shè)計的。

　　異步電機(jī)又稱為感應(yīng)電動機(jī)，物理學(xué)家特斯拉于1883年發(fā)明制造了世界上第一臺感應(yīng)電機(jī)模型。異步電機(jī)在定子繞組加三相交流電后，會形成旋轉(zhuǎn)磁場，其轉(zhuǎn)子上的閉合的導(dǎo)條會因為切割定子磁場的磁力線而感應(yīng)出電勢和電流，而帶電(電流)的導(dǎo)體在磁場中就會產(chǎn)生運(yùn)動，這樣電動機(jī)轉(zhuǎn)子就旋轉(zhuǎn)起來了。旋轉(zhuǎn)磁場的速度和轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度不同步，存在轉(zhuǎn)差率s，所以稱為異步電機(jī)。

　　同步電機(jī)與異步電機(jī)的定子繞組是相同的，區(qū)別在于電機(jī)的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，異步電機(jī)的轉(zhuǎn)子是短路的繞組，靠電磁感應(yīng)產(chǎn)生電流，而同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，有直流勵磁繞組，外加勵磁電源。永磁同步電機(jī)是同步電機(jī)的一種，采用永磁體取代轉(zhuǎn)子直流繞組，建立轉(zhuǎn)子磁場。

二電動汽車選用電機(jī)的特性

　　下面從異步電機(jī)和永磁同步電機(jī)的特性來分析，為什么不同的廠家會選擇不同類型的電機(jī)。

　　異步電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、造價成本低、高速時效率不會降低，缺點(diǎn)是整體效率低。

　　永磁同步電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)：效率高、缺點(diǎn)是成本高、永磁體失磁，高速時效率較低(鐵損非常大)。

01電機(jī)效率

　　異步電機(jī)在工作時，轉(zhuǎn)子繞組要吸收部分電能勵磁，這部分電能最終以電流在轉(zhuǎn)子繞組中發(fā)熱消耗掉，它降低了異步電機(jī)的效率。

　　永磁同步電機(jī)在轉(zhuǎn)子上嵌了永磁體后，由永磁體來建立轉(zhuǎn)子磁場，在正常工作時轉(zhuǎn)子與定子磁場同步運(yùn)行，轉(zhuǎn)子中無感應(yīng)電流，不存在轉(zhuǎn)子電阻損耗，提高了永磁同步電機(jī)的效率。

　　所以永磁同步電機(jī)與異步電機(jī)相比，在效率方面具有明顯的優(yōu)勢。但是，特斯拉的獨(dú)到之處在其異步電機(jī)轉(zhuǎn)子方面采用了其專利技術(shù)和的特殊的安裝工藝，大大提高了異步電機(jī)的效率。

　　傳統(tǒng)異步電機(jī)轉(zhuǎn)子，使用銅條插入轉(zhuǎn)子鐵芯，將銅條末端和端環(huán)焊接起來，形成閉合的鼠籠。如圖1所示。

圖1 鼠籠式異步電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)圖

　　銅條末端與端環(huán)的接觸面積決定著整個鼠籠轉(zhuǎn)子的導(dǎo)電性能，影響電機(jī)的運(yùn)行效率，端環(huán)的自身強(qiáng)度與焊接點(diǎn)強(qiáng)度決定著電機(jī)的可靠性。

圖2 鼠籠轉(zhuǎn)子焊點(diǎn)斷開

　　特斯拉的專利技術(shù)是在傳統(tǒng)銅條安裝的基礎(chǔ)上再間隔插入稍長一些的銅片，最后使用一個禁錮環(huán)將所有的銅片固定，銅條與銅片間接觸面積很大，增高了導(dǎo)電性能，提高了運(yùn)行效率。特斯拉電機(jī)的效率已經(jīng)接近永磁同步電機(jī)的效率。

圖3 特斯拉異步電機(jī)轉(zhuǎn)子專利技術(shù)

02電機(jī)高速性能

　　異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速為：n=60f(1-s)/p，永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)速為：n=60f/p，其中f為供電頻率，p為電機(jī)的極對數(shù)。異步電機(jī)可以通過改變供電頻率f、電動機(jī)的極對數(shù)p及轉(zhuǎn)差率s達(dá)到調(diào)速目的。永磁同步電機(jī)可以通過改變供電頻率f、電動機(jī)的極對數(shù)p達(dá)到調(diào)速目的。當(dāng)電機(jī)的極對數(shù)為固定的情況下，異步電機(jī)可以變頻、變轉(zhuǎn)差率進(jìn)行調(diào)速，而永磁同步電機(jī)只可通過變頻調(diào)速。

　　當(dāng)電動汽車需要高速度時，永磁同步電機(jī)只能提高供電頻率來增加轉(zhuǎn)速，但是電機(jī)的鐵損逐漸增加，隨著速度越來越快，在高頻時鐵損逐漸成為電機(jī)內(nèi)部的主要損耗。

　　所以，永磁同步電機(jī)在高轉(zhuǎn)速時的效率會降低，而異步電機(jī)可以通過采用變轉(zhuǎn)差率來提高轉(zhuǎn)速，高轉(zhuǎn)速的效率可以保持基本穩(wěn)定。

03電機(jī)成本

　　永磁同步電機(jī)的永磁體原料為稀土，稀土作為有限資源，并且結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，制造成本高。同等級永磁同步電機(jī)的價格是異步電機(jī)的2~3倍以上。

04永磁同步電機(jī)有失磁風(fēng)險

　　我們在中學(xué)的物理中學(xué)過，一根磁化的針，使其退磁的方法有：1、火上烤，2、在地面上反復(fù)摔打。

　　所以，永磁同步電機(jī)的永磁體在高溫(相關(guān)文獻(xiàn)中說永磁體達(dá)到140度，會發(fā)生不可逆的退磁現(xiàn)象)和強(qiáng)烈機(jī)械振動等的外部影響，隨著時間的推移會發(fā)生消磁現(xiàn)象，降低電機(jī)的可靠性和效率。

　　采用永磁同步電機(jī)的電動汽車，會在電機(jī)散熱、緩沖方面做加強(qiáng)設(shè)計，這部分會增加空間結(jié)構(gòu)和成本。

三總結(jié)

　　電動汽車電機(jī)的選擇，不同的電動汽車廠商一定是出于各方能綜合的考慮，我這里只是作為一個簡單的總結(jié)。

　　特斯拉“Model S”純電動跑車注重運(yùn)動性能，出廠最高速度可達(dá)225Km/h，效率不是第一考慮點(diǎn)，并且其采用了新的專利技術(shù)，提高了異步電機(jī)的效率。犧牲的那一點(diǎn)效率，換取的是成本的節(jié)約，并且無需另外設(shè)計散熱，節(jié)約空間。

　　對于油電混合動力汽車，其設(shè)計的出發(fā)點(diǎn)就是為了節(jié)能，選用電機(jī)的第一考慮要素就是效率，所以永磁同步電機(jī)是第一選擇。并且由于是油電混合，可以彌補(bǔ)永磁同步電機(jī)在高轉(zhuǎn)速時效率下降的問題。

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