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，選用的是什么電機呢?

一目前電動汽車用電機類型

　　目前小型乘用電動汽車采用的電機基本可以分為異步電機和永磁同步電機兩個陣營。

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

　　異步電機又稱為感應(yīng)電動機，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)電機模型。異步電機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)生運動，這樣電動機轉(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。

　　同步電機與異步電機的定子繞組是相同的，區(qū)別在于電機的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，異步電機的轉(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。永磁同步電機是同步電機的一種，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的特性

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

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

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

01電機效率

　　異步電機在工作時，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，它降低了異步電機的效率。

　　永磁同步電機在轉(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的效率。

　　所以永磁同步電機與異步電機相比，在效率方面具有明顯的優(yōu)勢。但是，特斯拉的獨到之處在其異步電機轉(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的效率。

　　傳統(tǒng)異步電機轉(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，影響電機的運行效率，端環(huán)的自身強度與焊接點強度決定著電機的可靠性。

圖2 鼠籠轉(zhuǎn)子焊點斷開

　　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，提高了運行效率。特斯拉電機的效率已經(jīng)接近永磁同步電機的效率。

圖3 特斯拉異步電機轉(zhuǎn)子專利技術(shù)

02電機高速性能

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

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

　　所以，永磁同步電機在高轉(zhuǎn)速時的效率會降低，而異步電機可以通過采用變轉(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電機成本

　　永磁同步電機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的價格是異步電機的2~3倍以上。

04永磁同步電機有失磁風(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，永磁同步電機的永磁體在高溫(相關(guān)文獻中說永磁體達到140度，會發(fā)生不可逆的退磁現(xiàn)象)和強烈機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，降低電機的可靠性和效率。

　　采用永磁同步電機的電動汽車，會在電機散熱、緩沖方面做加強設(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”純電動跑車注重運動性能，出廠最高速度可達225Km/h，效率不是第一考慮點，并且其采用了新的專利技術(shù)，提高了異步電機的效率。犧牲的那一點效率，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)點就是為了節(jié)能，選用電機的第一考慮要素就是效率，所以永磁同步電機是第一選擇。并且由于是油電混合，可以彌補永磁同步電機在高轉(zhuǎn)速時效率下降的問題。

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