探寻电机演变之路

近期，特斯拉Model3的首批车辆交付用户，这一事件再次点燃了电动汽车市场的热度。在小型轿车驱动马达领域，特斯拉所采用的交流异步电机与比亚迪的稀土永磁电机成为了两大技术标杆。今天，让我们深入探讨一下稀土永磁电机这一领域。

稀土永磁电机的演变之路

追溯至19世纪20年代，世界上第一台电机的诞生，其转子部分便采用了永磁体来产生励磁磁场。然而，那时所使用的永磁材料是天然磁铁矿石（Fe3O4），其磁能密度较低，导致制成的电机体积庞大，不久后便被电励磁电机所取代。随着技术的不断进步，永磁材料的选择也经历了多次变革。其中，稀土材料因其卓越的性能而脱颖而出，因此采用稀土永磁材料的电机被命名为稀土永磁电机。

稀土永磁电机的结构与工作原理

从结构上分析，稀土永磁同步电机主要由转子、端盖和定子等部分组成。与特斯拉所采用的交流感应异步电机相比，永磁同步电机的定子结构与普通感应电机相似，但转子结构独特，形成了其独有的特点。

在转子上放置高质量的永磁体磁极（稀土），使得永磁同步电机分为内嵌式、面贴式和插入式三大类。它们的工作原理基本相同：在定子绕组中通入三相电流，形成旋转磁场，永磁体的磁极固定，根据磁极的同性相吸异性相斥原理，带动转子旋转。

稀土永磁电机的技术挑战

1. 控制问题：永磁电机制成后不需外界能量维持磁场，但调节、控制磁场困难。永磁发电机难以调节输出电压和功率因数，永磁直流电动机不能通过改变励磁调节转速。

2. 成本问题：稀土永磁材料价格昂贵，稀土永磁电机成本高于电励磁电机，需通过高性能和运行费用节省来补偿。因此，永磁电机适用于小功率场合。

3. 退磁问题：稀土永磁电机对工作环境要求严格，超过180℃的稀土永磁材料将出现不可逆退磁和失效，剧烈振动或温差较大时易断裂，材料易氧化腐蚀，需进行表面涂装。稀土永磁电机对过载敏感，过载可能导致永磁材料退磁。此外，电磁负荷高，磁场难以调节，动力控制系统比感应电机复杂得多。

尽管稀土永磁电机研发过程中困难重重，但汽车工程师们不懈努力，终将突破瓶颈，让大众受益于科技带来的便利。

主流新能源汽车驱动电机的差异

新能源汽车驱动电机主要有永磁同步、交流异步和开关磁阻三大类，各有其应用场合。

稀土永磁同步电机

体积小、质量轻，功率密度大，可靠性高，调速精度高，响应速度快。由于功率密度高，工作效率*高可达97%，为车辆提供*大动力和加速度，适用于对能量体积比要求*高的新能源乘用车。

缺点是*大功率较低，成本较高。交流异步电机价格低、运行可靠，但功率密度低、控制复杂、调速范围小。价格优势使其在新能源客车中应用较广。

感应（异步）电动机

能承受大幅度的工作温度变化，输出扭矩可在大范围内调整，无需散热机构，重量轻，类似西瓜大小，重量不超过52公斤。转速区间可达0-12000转，无需安装传动机构。在新能源汽车中，车身重量优势显著。

缺点是转子旋转速度难以控制，能耗较大，功率因数滞后，结构复杂，控制系统复杂，制造成本高。

开关磁阻电机

价格低、电路简单可靠、调速范围宽，但震动、噪音大，控制系统复杂，对直流电源产生大脉冲电流。主要用于大型客车和比亚迪电动车。

目前，日韩车系多采用永磁电机，转速区间和效率相对较高，但需使用昂贵的永磁材料钕铁硼；欧美车系多采用交流感应电机，主要原因是稀土资源匮乏，以及降低电机成本考虑。其劣势在于转速区间小、效率低，需更高性能的调速器匹配。