前段時(shí)間，特斯拉Model 3首批車交付車主，電動(dòng)汽車再次成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。電動(dòng)車使用電能驅(qū)動(dòng)汽車前進(jìn)，在這個(gè)過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生有害氣體，所以成為代替?zhèn)鹘y(tǒng)燃油車最有潛力的對(duì)象，但是你知道嗎？電動(dòng)車動(dòng)力總成和傳統(tǒng)的內(nèi)燃車完全不同，動(dòng)力系統(tǒng)不是發(fā)動(dòng)機(jī)、離合器、變速器、差速器等組成。而是由儲(chǔ)存電能的儲(chǔ)能機(jī)構(gòu)（ESS），將能量輸出給轉(zhuǎn)換器和功率控制模塊（PEM），通過(guò)控制傳感器感知駕駛員操作需求和路況來(lái)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行電機(jī)（馬達(dá)），三個(gè)環(huán)節(jié)組成，電動(dòng)車由于其動(dòng)力系統(tǒng)復(fù)雜精確，所以更像是電子設(shè)備。在驅(qū)動(dòng)馬達(dá)這個(gè)環(huán)節(jié)目前小型轎車上以特斯拉為主的交流異步電機(jī)和BYD的稀土永磁電機(jī)最具代表的兩種，今天侃弟就簡(jiǎn)單的給大家?guī)?lái)一些稀土永磁電機(jī)的知識(shí)。

稀土永磁電機(jī)的發(fā)展歷史

早在19世紀(jì)20年代就出現(xiàn)了世界上第一臺(tái)電機(jī)，而這臺(tái)電機(jī)的轉(zhuǎn)子部分就是永磁體，用來(lái)產(chǎn)生勵(lì)磁磁場(chǎng)。但當(dāng)時(shí)所用的永磁材料是天然磁鐵礦石（Fe3O4），磁能密度很低，用它制成的電機(jī)體積龐大，不久被電勵(lì)磁電機(jī)所取代。隨著技術(shù)的發(fā)展對(duì)于永磁體材料的選擇也有過(guò)很多種，這其中最優(yōu)異的莫過(guò)于稀土材料了，所以將采用稀土永磁材料的電機(jī)又叫做稀土永磁電機(jī)。

稀土永磁電機(jī)的機(jī)構(gòu)與原理

稀土永磁同步電機(jī)從結(jié)構(gòu)上看主要是由轉(zhuǎn)子、端蓋、及定子等部件組成的。

一般來(lái)說(shuō)，永磁同步電機(jī)的定子結(jié)構(gòu)與普通的感應(yīng)電機(jī)的結(jié)構(gòu)非常非常的相似，而主要是區(qū)別于轉(zhuǎn)子的獨(dú)特結(jié)構(gòu)與其它電機(jī)形成了差別。和特斯拉使用的交流感應(yīng)異步電機(jī)的最大不同則是在轉(zhuǎn)子上放有高質(zhì)量的永磁體磁極（稀土）。由于在轉(zhuǎn)子上安放永磁體的位置有很多選擇，所以永磁同步電機(jī)通常會(huì)被分為三大類：內(nèi)嵌式、面貼式以及插入式。

而他們的工作原理大致相同，在固定電動(dòng)機(jī)定子繞組中通入三相電流，在通入電流后就會(huì)在電動(dòng)機(jī)的定子繞組中形成旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，由于在轉(zhuǎn)子上安裝了永磁體，永磁體的磁極是固定的，根據(jù)磁極的同性相吸異性相斥的原理，在定子中產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)會(huì)帶動(dòng)轉(zhuǎn)子進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。

稀土永磁電機(jī)的技術(shù)瓶頸

1、控制問(wèn)題

永磁電機(jī)制成后不需外界能量即可維持其磁場(chǎng)，但也造成從外部調(diào)節(jié)、控制其磁場(chǎng)極為困難。永磁發(fā)電機(jī)難以從外部調(diào)節(jié)其輸出電壓和功率因數(shù)，永磁直流電動(dòng)機(jī)不能再用改變勵(lì)磁的辦法來(lái)調(diào)節(jié)其轉(zhuǎn)速。

2、成本問(wèn)題

由于稀土永磁目前價(jià)格還比較貴，稀土永磁電機(jī)的成本一般比電勵(lì)磁電機(jī)高，這需要用它的高性能和運(yùn)行費(fèi)用的節(jié)省來(lái)補(bǔ)償。因此永磁電機(jī)適于小功率的場(chǎng)合。

3、退磁問(wèn)題

稀土永磁電機(jī)對(duì)于工作環(huán)境要求比較苛刻，超過(guò)180℃的稀土永磁材料將出現(xiàn)不可逆的退磁和失效情況;在劇烈振動(dòng)或溫差較大的情況下容易出現(xiàn)斷裂;材料容易氧化腐蝕，必須進(jìn)行表面涂裝才能使用;稀土永磁電機(jī)對(duì)于過(guò)載十分敏感，一旦過(guò)載將導(dǎo)致永磁材料的退磁。

同時(shí)，稀土永磁電機(jī)的電磁負(fù)荷很高，制成后磁場(chǎng)難以調(diào)節(jié)，其動(dòng)力控制系統(tǒng)要比感應(yīng)電機(jī)復(fù)雜得多。傳統(tǒng)的電機(jī)設(shè)計(jì)理論、計(jì)算方法、電機(jī)控制系統(tǒng)都不能適應(yīng)高性能電機(jī)的研制要求。

總而言之，在稀土永磁電機(jī)研發(fā)的路上，困難重重。但是不經(jīng)歷風(fēng)雨怎么見(jiàn)到彩虹，而在空難面前汽車工程師們孜孜不倦的努力最終也將突破瓶頸，大眾也能受益科技帶來(lái)的便利。

主流新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)的不同之處

新能源汽車的驅(qū)動(dòng)電機(jī)主要有永磁同步、交流異步和開關(guān)磁阻三大類。因其不同特點(diǎn)，各有應(yīng)用場(chǎng)合。

▌稀土永磁同步電機(jī)：

按照原理上可以做倒，體積小、質(zhì)量輕，功率密度大，可靠性高，調(diào)速精度高，響應(yīng)速度快，由于永磁同步電機(jī)功率密度高，其工作效率最高可達(dá)97%，能夠?yàn)檐囕v輸出最大的動(dòng)力及加速度，因此主要用在對(duì)能量體積比要求最高的新能源乘用車上。

缺點(diǎn)是最大功率較低，而且成本比較高。交流異步電機(jī)價(jià)格低、運(yùn)行可靠；但其功率密度低、控制復(fù)雜、調(diào)速范圍小是固有限制。價(jià)格優(yōu)勢(shì)使得其在新能源客車中使用的較廣泛。

▌感應(yīng)（異步）電動(dòng)機(jī)：

能忍受大幅度的工作溫度變化。而相反溫度大幅度變化會(huì)損壞永磁電動(dòng)機(jī)，感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的輸出扭矩可以在大范圍內(nèi)調(diào)整，不需要撒熱機(jī)構(gòu)，重量輕，類似西瓜大小，重量不過(guò)52公斤。轉(zhuǎn)速區(qū)間可以達(dá)到0—12000轉(zhuǎn)，所以無(wú)需安裝多余的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。所以其車身的重量在新能源汽車中占有絕大的優(yōu)勢(shì)。

缺點(diǎn)是轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度難以控制，能耗較大，功率因數(shù)滯后，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、采用感應(yīng)（異步）電機(jī)，其控制系統(tǒng)復(fù)雜技術(shù)要求高，制造成本高。

▌開關(guān)磁阻電機(jī)：

價(jià)格低、電路簡(jiǎn)單可靠、調(diào)速范圍寬；但震動(dòng)、噪聲大，控制系統(tǒng)復(fù)雜，且對(duì)直流電源會(huì)產(chǎn)生很大的脈沖電流。用于大型客車，比如比亞迪電動(dòng)車。

其中， 日韓車系目前多采用永磁電機(jī)，轉(zhuǎn)速區(qū)間和效率相對(duì)都較高，但是需要使用昂貴的系統(tǒng)永磁材料釹鐵硼；歐美車系則多采用交流感應(yīng)電機(jī)，主要原因是對(duì)于稀土資源匱乏，以及降低電機(jī)成本考慮，其劣勢(shì)則主要是轉(zhuǎn)速區(qū)間小，效率低，需要性能更高的調(diào)速器以匹配性能。

侃弟總結(jié)：

假使電動(dòng)汽車電池的續(xù)航里程相同，不同電機(jī)消耗的能耗就直接決定了電動(dòng)車的續(xù)航里程，因此， 電動(dòng)汽車的動(dòng)力系統(tǒng)、負(fù)載大小、技術(shù)性能和工作環(huán)境都有嚴(yán)格要求。而驅(qū)動(dòng)電動(dòng)車的電機(jī)的發(fā)展要求也是朝著輕量化、低成本，適應(yīng)有限的車內(nèi)空間，同時(shí)要具有能量回饋能力，降低整車能耗；其次，驅(qū)動(dòng)電機(jī)同時(shí)具備高速寬調(diào)速和低速大扭矩，以提供高啟動(dòng)速度、爬坡性能和高速加速性能，電控系統(tǒng)要有高控制精度、高動(dòng)態(tài)響應(yīng)速率，并同時(shí)提供高安全性和可靠性。

實(shí)現(xiàn)這些要求，一步一步提升電動(dòng)汽車實(shí)用性，需要更高的技術(shù)水準(zhǔn)和制造水平，但是目前我們國(guó)家在電機(jī)、電控領(lǐng)域的自主化程度仍遠(yuǎn)落后于電池部分，電機(jī)電控核心組件如 IGBT 芯片等仍不具備完全自主生產(chǎn)能力，具備系統(tǒng)完整知識(shí)產(chǎn)權(quán)的整車企業(yè)和零部件企業(yè)仍是少數(shù)。

看著特斯拉的成就，侃弟更希望我們國(guó)家在即將到來(lái)的電動(dòng)汽車時(shí)代，能夠閃耀世界。