电动汽车动力电机解析

在燃油车盛行的年代，发动机被誉为汽车的生命之源，它是能量转换的关键。然而，步入电动汽车的新纪元，电池的储能能力成为焦点，而电机却逐渐被淡忘。

尽管电机在生活中无处不在，但作为驱动电机的核心部件，它对功率、转矩、散热、噪音和输出脉冲等性能的要求更为苛刻，因此在技术层面仍有广阔的改进空间。今天，让我们一起来了解一下动力电机的基本知识。皖南电机

根据能量转换方式的不同，电机可分为电动机和发电机两大类。根据供能类型，电动机可分为直流、交流、永磁无刷或开关磁阻等几种。

在新能源汽车驱动电机中，永磁同步电机、交流异步电机和开关磁阻电机是三大主流类型。由于结构和控制特点不同，它们在汽车市场上的应用范围也有所区别。安徽皖南电机

在乘用车领域，感应（异步）电机和永磁（同步）电机是两大主流流派。特斯拉代表前者，而宝马和国内大部分电动车厂家则采用后者。这两者之间有何区别呢？

永磁电动机属于同步电动机，其转子采用永磁体，定子产生电磁转矩，使转子磁场围绕轴心线旋转，定子和转子的磁场同步。而感应电动机属于异步电动机，由定子绕组形成的旋转磁场与转子绕组中感应电流的磁场相互作用产生电磁转矩，驱动转子旋转。

在商用车领域，开关磁阻电机的应用也很广泛，其发展前景被看好。主要优势在于它无需使用永磁材料，对稀土资源没有依赖性，甚至无需使用常见的铜线圈，造价较低。

开关磁阻电机有两个基本特征：

1. 开关性：电机必须工作在连续的开关模式。

2. 磁阻性：它是真正的磁阻电机，定子和转子具有可变磁阻磁路，更确切地说，是一种双凸极电机。

在性能方面，开关磁阻电机的调速非常灵活，不仅可以通过改变电压，还可以通过改变导通和关断角度，具有很好的调速范围和能力。转矩密度和效率也能达到接近永磁同步电机的水平，优于感应电机。

然而，开关磁阻电机的不足之处在于转矩脉动较大，振动噪音也比其他电机大，对于乘用车而言，这个问题难以接受，因此暂时还未大规模应用。

接下来，我们来重点了解交流异步电机的特点。

感应（异步）电动机的发展历史：

尼古拉·特斯拉作为电力领域的泰斗级人物，为了与爱迪生的直流电系统竞争，发明了三相交流电（动力电），并发明了交流电的三相交流异步电机，也就是特斯拉汽车动力心脏的鼻祖。

特斯拉的发明贡献还包括特斯拉线圈、特斯拉效应、特斯拉变压器（交变压远程送电技术）、特斯拉无线远程控制系统以及著名的尼亚加拉水电站等，其一生共获得约1000项发明，涉及科学和工程学各个领域。

现在的特斯拉汽车以此命名，既是向这位杰出贡献者致敬，也决定了特斯拉汽车将继续在电机领域坚持并发扬光大。

电动汽车的动力心脏与内燃汽车截然不同，一般由储能机构（ESS）将能量输出给转换器和功率控制模块（PEM），通过控制传感器感知驾驶员操作需求和路况来驱动执行电机（马达）。

储能（ESS）：

汽车储能系统只能储存直流电，而感应电动机使用的是交流电。为了为其供电，必须首先将直流电逆变为交流电，这一功能由功率电子模块（PEM）完成。

转换器和功率控制模块（PEM）：

特斯拉汽车的功率电子模块使用72个绝缘栅双极晶体管（IGBT）将直流电转换为交流电。皖南电机价格表除了控制充电和放电速率，功率电子模块还控制电压等级、电机的RPM（每分钟转数）、转矩和再生制动系统。该制动系统通常通过制动捕获动能，并将其反馈传输回ESS（能量回收）。

动力输出马达：

电池组供电给功率电子模块控制马达（交流感应（异步）电动机）转速，驱动汽车。

感应（异步）电机的结构原理：

电机一般由定子（静止不动的部分）、转子（旋转产生动能的部分）、机座（连接定子和转子的壳体）、散热部件等构成。

特斯拉使用感应（异步）电动机，准确地说，是3相（定子绕组采用三角形连接或星型连接）、4极感应电动机（极对数是电机的一个重要参数，两极电机为一个极对数，四极即为两个极对数）。

电动机的转速n=（1-S）60f/P，S是电机的转差率，f为电源频率，P即为极对数。当极对数固定时，想要控制电机的转速只需控制通电电压的频率。通过控制定子线圈的通电频率，产生可变强弱旋转的电磁场，与转子绕组感应磁场相对运动，转子绕组切割磁感线产生感应电动势，从而使转子绕组中产生感应电流。转子绕组中的感应电流与磁场作用，产生电磁转矩，使转子旋转。安徽皖南电机

这部分的结构比较复杂，简单来说，就是通过控制交流电的频率，使电动机的转速变化，驱动汽车。

定子绕组采用三角形连接或星型连接如图：

四极的接线方式：

定子与转子之间的转差率：

优势：

1. 能忍受大幅度的工作温度变化，而温度大幅度变化会损坏永磁电动机。

2. 感应电动机的输出扭矩可以在大范围内调整，无需安装第二套乃至第三套传动机构。特斯拉设计的电机转速能达到12000转，并产生*高400Nm的扭矩，能在加速或爬坡时强制提高输出扭矩（虽然时间很短），而永磁电机的电动车要通过齿轮箱来输出更多的扭矩来实现提速。

3. 体积小。目前电动汽车大多数电机属于水冷，而采用水冷散热的电机，意味着电机体积更大，因为水路太占用体积了。特斯拉采用感应电机可以将体积做到西瓜大小，这样的优点是其散热更快，请不要忽视电机散热对电机体积的影响。这种设计为小型化带来了更大的空间，不需要像其他电动车那样安装散热器、冷却风扇、水泵等散热机构，从而降低了其热消耗率。

4. 重量轻。汽车界有一句行话：“宁减一斤，不增十匹”。特斯拉电机体积类似西瓜大小，重量不过52公斤。转速区间可达0—12000转，因此无需安装多余的传动机构。所以其车身的重量有很大的优势。

缺点：

1. 过去感应异步电动机*大的缺陷是难以控制转子的旋转速度，但随着现代半导体控制技术的发展，这一问题已被解决。皖南电机

2. 异步感应电机由于单边励磁，产生单位转矩需要的电流很大，而且定子中有无功励磁电流，因此能耗较大，功率因数滞后。

3. 缺点是结构复杂，采用感应（异步）电机，其控制系统复杂，技术要求高，制造成本高。因此特斯拉汽车价格不菲，短时间内很难实现平民化。

小电评：

作为交流电的发明者，特斯拉对控制交流电有着超乎常人的爱好和能力，而特斯拉电机就是交流异步电机的代表作。显然，特斯拉汽车将继续追随先人的步伐，一路走下去。

在现代电子芯片快速发展的背景下，过去许多难以克服的问题逐渐被攻克。特斯拉对交流异步电机的转速控制已达到很高水平，但在降低能耗和提升功率方面，仍有提升空间。