2018

年快結(jié)束了，周圍購(gòu)買電動(dòng)汽車的朋友也越來(lái)越多，聽說(shuō)起朋友買了輛電動(dòng)汽車，大家問(wèn)的第一個(gè)問(wèn)題可能就是：“你這個(gè)車能跑多遠(yuǎn)啊？”，往深了聊可能會(huì)問(wèn)：“你這個(gè)車用的是什么電池呀？多大的電池呀？”，而如果有朋友買了輛油車，大家可能問(wèn)的是：“你這個(gè)車多大排量的？幾個(gè)缸?。繋u輪增壓?jiǎn)?？”?/p>

這就是電動(dòng)車與汽油車的區(qū)別，一臺(tái)電車大家可能更關(guān)注電池技術(shù)（續(xù)航），一臺(tái)油車大家可能關(guān)注發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)多一些。

但電車的電機(jī)種類也影響著整車的續(xù)航水平，今天我們就來(lái)關(guān)心一下電動(dòng)車的動(dòng)力系統(tǒng)，帶大家了解一下電動(dòng)汽車上常見的幾種電機(jī)及它們都有什么特點(diǎn)，它們是怎么將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。

說(shuō)電機(jī)之前需要給大家科普兩個(gè)知識(shí)點(diǎn)，一個(gè)是電磁感應(yīng)現(xiàn)象，原理是閉合電路的一部分導(dǎo)體做切割磁感線運(yùn)動(dòng)時(shí)，在導(dǎo)體上就會(huì)產(chǎn)生電流的現(xiàn)象。一個(gè)是奧斯特實(shí)驗(yàn)，現(xiàn)象是通電導(dǎo)線周圍存在磁場(chǎng)。說(shuō)人話就是磁可以生電，電也可以生磁，知道了這兩點(diǎn)我們就可以開始聊電機(jī)了。

電動(dòng)汽車上采用的驅(qū)動(dòng)電機(jī)大概有四種，分別為直流電動(dòng)機(jī)，永磁同步電機(jī)，交流異步電機(jī)（感應(yīng)電機(jī)），開關(guān)磁阻電機(jī)。其中直流電機(jī)基本快被淘汰了，就不過(guò)多贅述了，開關(guān)磁阻電機(jī)有不錯(cuò)的特性，但也有硬傷（振動(dòng)噪音大），所以還沒(méi)有廣泛應(yīng)用在常見的電動(dòng)汽車上。目前最常見的就是永磁同步電機(jī)和交流異步電機(jī)。

交流異步電機(jī)

先來(lái)說(shuō)交流異步電機(jī)，交流異步電機(jī)也叫感應(yīng)電機(jī)，最主要的組成部件有兩個(gè)，一個(gè)是定子，一個(gè)是轉(zhuǎn)子。

定子鐵芯裝在機(jī)座中，一般由 0.35mm-0.5mm 厚的硅鋼片疊壓而成，有良好的導(dǎo)磁性能，定子鐵芯的內(nèi)圓上有分布均勻的槽口，這個(gè)槽口就是用來(lái)放定子繞組的，繞組就是大家看到電動(dòng)機(jī)中非常密集的古銅色線圈，給線圈通電即能產(chǎn)生磁場(chǎng)（電生磁）。

不知道大家有沒(méi)有做過(guò)這樣一個(gè)實(shí)驗(yàn)，準(zhǔn)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，然后將漆包線兩頭接上電源，別往插座里捅，會(huì)出事，干電池就行。通電后你會(huì)發(fā)現(xiàn)鐵釘可以吸起大頭針之類的鐵質(zhì)小玩意，鐵釘一頭為
S 極，一頭為 N 極，至于哪頭是 N，哪頭是 S，由電流方向決定。

電動(dòng)車汽車的電機(jī)通的是三相交流電，磁場(chǎng)的方向會(huì)隨著電流方向的變化而變化，從而形成了旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)。

轉(zhuǎn)子鐵芯同樣由 0.35mm-0.5mm 后的硅鋼片疊壓而成，外圓上均勻分布著槽孔，用來(lái)安放導(dǎo)電桿（繞組）。

好了說(shuō)完了交流異步電機(jī)最重要的兩個(gè)組成部件，我們?cè)賮?lái)看看它是怎么轉(zhuǎn)起來(lái)的。

首先電池組中的直流電通過(guò)逆變器變?yōu)榻涣麟?，供給定子上的繞組線圈，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)子上的導(dǎo)電桿可以看做導(dǎo)線，這時(shí)候雖然導(dǎo)線是靜止的，但是磁場(chǎng)是在旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的，所以導(dǎo)線不由自主的在做切割磁感線的運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)子導(dǎo)電桿中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，而轉(zhuǎn)子導(dǎo)線桿又是閉合通路，導(dǎo)電桿中便有了電流產(chǎn)生（磁生電）。

看到這里是不是一臉懵逼，轉(zhuǎn)子不是要轉(zhuǎn)嗎？怎么感覺(jué)還發(fā)上電了？別慌，正是載流的轉(zhuǎn)子導(dǎo)體在定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的作用下產(chǎn)生的電磁力驅(qū)動(dòng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，這個(gè)電磁力略微抽象，在這里不展開說(shuō)了，大家只要知道是這個(gè)力使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)起的就行了，而且旋轉(zhuǎn)方向與定子磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)方向相同。

交流異步電機(jī)就是這樣將電能轉(zhuǎn)化為了機(jī)械能。

電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的速度與磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)的速度有個(gè)有個(gè)轉(zhuǎn)速差，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速是一直追著磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)速度的，這也是其名：交流異步電機(jī)中異步之處。

想要控制交流異步電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度，只需要改變交流電的頻率即可改變定子磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)的速度，達(dá)到控制電機(jī)轉(zhuǎn)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(shí)現(xiàn)。雖然看上去很簡(jiǎn)單，但逆變器在其中默默付出了很多。

永磁同步電機(jī)

永磁同步電機(jī)在結(jié)構(gòu)上與交流異步電機(jī)非常相似，最主要的組成部件同樣是定子和轉(zhuǎn)子，其中定子的結(jié)構(gòu)與交流異步電機(jī)上的一致，但轉(zhuǎn)子由一塊永磁體構(gòu)成。

永磁同步電機(jī)想要轉(zhuǎn)起來(lái)就非常簡(jiǎn)單了，定子上旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)吸著轉(zhuǎn)子上的恒定磁場(chǎng)就轉(zhuǎn)起來(lái)了（同性相斥異性相吸），旋轉(zhuǎn)速度與磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)速度一致。

（圖簡(jiǎn)單畫了其中一部分，讓大家好理解一些，實(shí)際內(nèi)部結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜）

總結(jié)一下這兩種電機(jī)的優(yōu)劣勢(shì)。

交流異步電機(jī)優(yōu)勢(shì):

可靠性好

高轉(zhuǎn)速性能好

成本易控

劣勢(shì)：

功率密度低（同功率水平下個(gè)頭大）

能量轉(zhuǎn)換效率較低（約 85%-90%）

能耗較高（費(fèi)電）

永磁同步電機(jī)優(yōu)勢(shì)：

功率密度高

能量轉(zhuǎn)換效率高（約 90%-95%）

能耗較低

劣勢(shì)：

由于永磁體的加入，提高了成本

永磁體在高溫、震動(dòng)環(huán)境下有退磁的風(fēng)險(xiǎn)

現(xiàn)階段電動(dòng)汽車超過(guò) 90% 均采用交流異步電機(jī)或永磁同步電機(jī)，因?yàn)橥裙β氏掠来磐诫姍C(jī)體積更小，效率更高，得到更多車企的青睞。雖然永磁體高溫下有退磁風(fēng)險(xiǎn)，但似乎一些車企已經(jīng)克服了這個(gè)問(wèn)題。

例如即將在國(guó)內(nèi)交付的特斯拉
Model 3 上采用的電機(jī)也從 Model S 上的交流異步變?yōu)橛来磐?，能夠做?3.5 秒的百公里加速成績(jī)，最高車速超過(guò)了
200km/h，國(guó)內(nèi)的比亞迪全新一代唐同樣采用了永磁同步電機(jī)，百公里加速做到了 4.4 秒，最高車速也達(dá)到了 180
km/h。在沒(méi)有重大技術(shù)突破的前提下，永磁同步電機(jī)未來(lái)將會(huì)成為更多車企動(dòng)力系統(tǒng)的首選。

雖然電動(dòng)汽車的動(dòng)力系統(tǒng)壁壘沒(méi)有燃油車高，種類也相對(duì)單一，但這兩種電機(jī)都需要算法非常厲害的電控系統(tǒng)來(lái)操控，才能做到優(yōu)秀的電耗和車輛線性的加速，而且電控系統(tǒng)的背后需要足夠的電池功率，才能做到隨心所欲的提速，所以電動(dòng)汽車的電機(jī)、電控、電池是緊密聯(lián)系相輔相成的，三電的水平也是一輛電動(dòng)汽車的精髓之一。