永磁同步？交流異步？不都是電機嗎？_風聞

2018

年快結束了，周圍購買電動汽車的朋友也越來越多，聽説起朋友買了輛電動汽車，大家問的第一個問題可能就是：“你這個車能跑多遠啊？”，往深了聊可能會問：“你這個車用的是什麼電池呀？多大的電池呀？”，而如果有朋友買了輛油車，大家可能問的是：“你這個車多大排量的？幾個缸啊？帶渦輪增壓嗎？”。

這就是電動車與汽油車的區別，一台電車大家可能更關注電池技術（續航），一台油車大家可能關注發動機技術多一些。

但電車的電機種類也影響着整車的續航水平，今天我們就來關心一下電動車的動力系統，帶大家瞭解一下電動汽車上常見的幾種電機及它們都有什麼特點，它們是怎麼將電能轉化為機械能。

説電機之前需要給大家科普兩個知識點，一個是電磁感應現象，原理是閉合電路的一部分導體做切割磁感線運動時，在導體上就會產生電流的現象。一個是奧斯特實驗，現象是通電導線周圍存在磁場。説人話就是磁可以生電，電也可以生磁，知道了這兩點我們就可以開始聊電機了。

電動汽車上採用的驅動電機大概有四種，分別為直流電動機，永磁同步電機，交流異步電機（感應電機），開關磁阻電機。其中直流電機基本快被淘汰了，就不過多贅述了，開關磁阻電機有不錯的特性，但也有硬傷（振動噪音大），所以還沒有廣泛應用在常見的電動汽車上。目前最常見的就是永磁同步電機和交流異步電機。

交流異步電機

先來説交流異步電機，交流異步電機也叫感應電機，最主要的組成部件有兩個，一個是定子，一個是轉子。

定子鐵芯裝在機座中，一般由 0.35mm-0.5mm 厚的硅鋼片疊壓而成，有良好的導磁性能，定子鐵芯的內圓上有分佈均勻的槽口，這個槽口就是用來放定子繞組的，繞組就是大家看到電動機中非常密集的古銅色線圈，給線圈通電即能產生磁場（電生磁）。

不知道大家有沒有做過這樣一個實驗，準備一根鐵棒，別太粗，釘木板的鐵釘就行，將漆包線均勻的纏繞在上面，然後將漆包線兩頭接上電源，別往插座裏捅，會出事，乾電池就行。通電後你會發現鐵釘可以吸起大頭針之類的鐵質小玩意，鐵釘一頭為 S 極，一頭為 N 極，至於哪頭是 N，哪頭是 S，由電流方向決定。

電動車汽車的電機通的是三相交流電，磁場的方向會隨着電流方向的變化而變化，從而形成了旋轉的磁場。

轉子鐵芯同樣由 0.35mm-0.5mm 後的硅鋼片疊壓而成，外圓上均勻分佈着槽孔，用來安放導電杆（繞組）。

好了説完了交流異步電機最重要的兩個組成部件，我們再來看看它是怎麼轉起來的。

首先電池組中的直流電通過逆變器變為交流電，供給定子上的繞組線圈，產生旋轉磁場，轉子上的導電杆可以看做導線，這時候雖然導線是靜止的，但是磁場是在旋轉運動的，所以導線不由自主的在做切割磁感線的運動，轉子導電杆中產生感應電動勢，而轉子導線杆又是閉合通路，導電杆中便有了電流產生（磁生電）。

看到這裏是不是一臉懵逼，轉子不是要轉嗎？怎麼感覺還發上電了？別慌，正是載流的轉子導體在定子旋轉磁場的作用下產生的電磁力驅動電機旋轉，這個電磁力略微抽象，在這裏不展開説了，大家只要知道是這個力使轉子轉起的就行了，而且旋轉方向與定子磁場旋轉方向相同。

交流異步電機就是這樣將電能轉化為了機械能。

電機轉子旋轉的速度與磁場旋轉的速度有個有個轉速差，轉子的轉速是一直追着磁場的旋轉速度的，這也是其名：交流異步電機中異步之處。

想要控制交流異步電機的旋轉速度，只需要改變交流電的頻率即可改變定子磁場旋轉的速度，達到控制電機轉速的目的。倒車也不需要額外的倒擋齒輪，只需要改變電源相位的順序即可實現。雖然看上去很簡單，但逆變器在其中默默付出了很多。

永磁同步電機

永磁同步電機在結構上與交流異步電機非常相似，最主要的組成部件同樣是定子和轉子，其中定子的結構與交流異步電機上的一致，但轉子由一塊永磁體構成。

永磁同步電機想要轉起來就非常簡單了，定子上旋轉的磁場吸着轉子上的恆定磁場就轉起來了（同性相斥異性相吸），旋轉速度與磁場旋轉速度一致。

（圖簡單畫了其中一部分，讓大家好理解一些，實際內部結構相對複雜）

總結一下這兩種電機的優劣勢。

交流異步電機優勢:

可靠性好

高轉速性能好

成本易控

劣勢：

功率密度低（同功率水平下個頭大）

能量轉換效率較低（約 85%-90%）

能耗較高（費電）

永磁同步電機優勢：

功率密度高

能量轉換效率高（約 90%-95%）

能耗較低

劣勢：

由於永磁體的加入，提高了成本

永磁體在高温、震動環境下有退磁的風險

現階段電動汽車超過 90% 均採用交流異步電機或永磁同步電機，因為同等功率下永磁同步電機體積更小，效率更高，得到更多車企的青睞。雖然永磁體高温下有退磁風險，但似乎一些車企已經克服了這個問題。

例如即將在國內交付的特斯拉 Model 3 上採用的電機也從 Model S 上的交流異步變為永磁同步，能夠做到 3.5 秒的百公里加速成績，最高車速超過了 200km/h，國內的比亞迪全新一代唐同樣採用了永磁同步電機，百公里加速做到了 4.4 秒，最高車速也達到了 180 km/h。在沒有重大技術突破的前提下，永磁同步電機未來將會成為更多車企動力系統的首選。

雖然電動汽車的動力系統壁壘沒有燃油車高，種類也相對單一，但這兩種電機都需要算法非常厲害的電控系統來操控，才能做到優秀的電耗和車輛線性的加速，而且電控系統的背後需要足夠的電池功率，才能做到隨心所欲的提速，所以電動汽車的電機、電控、電池是緊密聯繫相輔相成的，三電的水平也是一輛電動汽車的精髓之一。