目前傳統(tǒng)汽車市場(chǎng)處于下行趨勢(shì)，國(guó)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(dòng)跑車的推出，將電動(dòng)汽車的關(guān)注度提高到前所未有的高度。電動(dòng)汽車的動(dòng)力輸出，選用的是什么電機(jī)呢?

一目前電動(dòng)汽車用電機(jī)類型

　　目前小型乘用電動(dòng)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(gè)陣營(yíng)。

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

　　異步電機(jī)又稱為感應(yīng)電動(dòng)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(tái)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(huì)形成旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，其轉(zhuǎn)子上的閉合的導(dǎo)條會(huì)因?yàn)榍懈疃ㄗ哟艌?chǎng)的磁力線而感應(yīng)出電勢(shì)和電流，而帶電(電流)的導(dǎo)體在磁場(chǎng)中就會(huì)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，這樣電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子就旋轉(zhuǎn)起來(lái)了。旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)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(duì)復(fù)雜，有直流勵(lì)磁繞組，外加勵(lì)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(chǎng)。

二電動(dòng)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(lái)分析，為什么不同的廠家會(huì)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(jiǎn)單、造價(jià)成本低、高速時(shí)效率不會(huì)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(shí)效率較低(鐵損非常大)。

01電機(jī)效率

　　異步電機(jī)在工作時(shí)，轉(zhuǎn)子繞組要吸收部分電能勵(lì)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(lái)建立轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)，在正常工作時(shí)轉(zhuǎn)子與定子磁場(chǎng)同步運(yùn)行，轉(zhuǎn)子中無(wú)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(shì)。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(lái)，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(gè)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(kāi)

　　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(zhǎng)一些的銅片，最后使用一個(gè)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(duì)數(shù)。異步電機(jī)可以通過(guò)改變供電頻率f、電動(dòng)機(jī)的極對(duì)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(guò)改變供電頻率f、電動(dòng)機(jī)的極對(duì)數(shù)p達(dá)到調(diào)速目的。當(dāng)電機(jī)的極對(duì)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(guò)變頻調(diào)速。

　　當(dāng)電動(dòng)汽車需要高速度時(shí)，永磁同步電機(jī)只能提高供電頻率來(lái)增加轉(zhuǎn)速，但是電機(jī)的鐵損逐漸增加，隨著速度越來(lái)越快，在高頻時(shí)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(shí)的效率會(huì)降低，而異步電機(jī)可以通過(guò)采用變轉(zhuǎn)差率來(lái)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(duì)復(fù)雜，制造成本高。同等級(jí)永磁同步電機(jī)的價(jià)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(xiǎn)

　　我們?cè)谥袑W(xué)的物理中學(xué)過(guò)，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(shuō)永磁體達(dá)到140度，會(huì)發(fā)生不可逆的退磁現(xiàn)象)和強(qiáng)烈機(jī)械振動(dòng)等的外部影響，隨著時(shí)間的推移會(huì)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(dòng)汽車，會(huì)在電機(jī)散熱、緩沖方面做加強(qiáng)設(shè)計(jì)，這部分會(huì)增加空間結(jié)構(gòu)和成本。

三總結(jié)

　　電動(dòng)汽車電機(jī)的選擇，不同的電動(dòng)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(gè)簡(jiǎn)單的總結(jié)。

　　特斯拉“Model S”純電動(dòng)跑車注重運(yùn)動(dòng)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(wú)需另外設(shè)計(jì)散熱，節(jié)約空間。

　　對(duì)于油電混合動(dòng)力汽車，其設(shè)計(jì)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(shí)效率下降的問(wèn)題。

---