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不仅是快和慢 新能源车上的两类电动机都有啥不一样


  目前电动车市场上主要通用两款电机——永磁同步电机和异步电机(感应电机)。两款电机各有所长,车厂根据车辆的成本、使用场景、技术等不同需求选择电机和调教。比如理想智造ONE和特斯拉Model 3单电机版采用了永磁同步电机,而蔚来ES8、特斯拉Model X/S上用的是异步电机,双电机版Model 3则二者都有。

  那么这两种电机究竟有什么区别,适用什么场景?

  ■ 什么是永磁同步电机,什么是异步电机?

  什么是永磁同步电机和异步电机?首先一个物理常识,电机都是通过通电产生磁场,并通过电机内部一个叫转子的东西切割旋转的磁感线产生动力的,转子的旋转速度与磁场的旋转速度同步就是同步电机,而转子的旋转速度低于磁场的旋转速度就是异步电机。

  

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▲ 永磁电机结构拆解图。


  
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▲ 异步电机结构拆解图。


  ■ 从能量转化效率来看:一高一低

  能量转化率高是永磁同步电机的特点之一,最高可达到94%。而异步电机的电机系统转化效率最高是90%。而目前最高的汽油发动机的能力转化效率大约是42%。

  
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  我们选择日常生活中大部分的行驶场景,中低速(电机维持在4000转)下的异步电机和永磁电机的电机负载率-电机能量效率曲线图(P2/Pn为电机负载率)。可以看到在中低速情况下,永磁电机比异步电机效率更高。

  ■ 速度适用范围:一宽一窄

  永磁同步电机能够适应车辆在复杂路况下行驶的动力需求,简单来说,永磁同步电机在各工况都保持着比较高的能量转换效率。而异步电机在高速的工况下能量转化效率比较高,但在低速行驶时能耗会比同功率的永磁同步电机要大,速度适用范围窄。

  ■ 从体积上来看:一胖一瘦

  永磁同步电机相比同功率密度的异步电机来说,体积较小、重量轻。体积小就能给车辆的整体布局带来更多的优势,车辆前机舱和后备厢能够设计更多的储物空间,底盘上可以设计一些动力电池的扩展空间等等。也有利于车辆的轻量化设计。

  ■ 从成本上来看:一高一低

  永磁同步电机需要使用永磁材质(钕nǚ铁硼,稀土资源)制造转子,所以成本普遍比异步电机高,但是能保证高电机效率。异步电机的制造成本受转子材料影响比较大,目前异步电机的主流转子通常使用铸铝制(铝有较好的电导率和低熔点)。但是铸铝转子不能保证高效的电机效率,所以部分车企会考虑采用电机效率更好的铸铜转子,但由于铸铜转子的生产工艺难度大,成本就高很多了。

  ■ 性能会受温度变化:一大一小

  永磁同步电机用的永磁材质的转子会随着温度的大幅变化引起退磁现象,这种情况下就会使电机的性能下降。为了避免电机退磁,需要在永磁同步电机中的转子进行抗退磁设计并选择耐高温的永磁材。而异步电机就不会出现这样的情况,可适应的工作环境温度要比永磁同步更广。

  对比以后才发现,这两种电机互有优劣。其实,永磁同步电机和异步电机并不能简单的评论谁好谁坏,还是要看使用场景和车辆的设计初衷。

  
永磁同步电机和异步电机的优缺点比较


  ▲ 永磁同步电机和异步电机的优缺点比较。

  在同等功率条件下,永磁同步电机的体积更小、效率高,适合的路况也更丰富;而异步电机,成本低,高速工况下效率高。而随着永磁材料技术的不断进步,永磁同步电机在高转速方面也逐渐有了突破。所以在没有更新、更高效的技术出现之前,动力系统上应用永磁同步电机将会是大趋势。

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