前段時間，特斯拉Model 3首批車交付車主，電動汽車再次成為人們關(guān)注的焦點。電動車使用電能驅(qū)動汽車前進，在這個過程中不會產(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象，但是你知道嗎？電動車動力總成和傳統(tǒng)的內(nèi)燃車完全不同，動力系統(tǒng)不是發(fā)動機、離合器、變速器、差速器等組成。而是由儲存電能的儲能機構(gòu)（ESS），將能量輸出給轉(zhuǎn)換器和功率控制模塊（PEM），通過控制傳感器感知駕駛員操作需求和路況來驅(qū)動執(zhí)行電機（馬達(dá)），三個環(huán)節(jié)組成，電動車由于其動力系統(tǒng)復(fù)雜精確，所以更像是電子設(shè)備。在驅(qū)動馬達(dá)這個環(huán)節(jié)目前小型轎車上以特斯拉為主的交流異步電機和BYD的稀土永磁電機最具代表的兩種，今天侃弟就簡單的給大家?guī)硪恍┫⊥劣来烹姍C的知識。
早在19世紀(jì)20年代就出現(xiàn)了世界上第一臺電機，而這臺電機的轉(zhuǎn)子部分就是永磁體，用來產(chǎn)生勵磁磁場。但當(dāng)時所用的永磁材料是天然磁鐵礦石（Fe3O4），磁能密度很低，用它制成的電機體積龐大，不久被電勵磁電機所取代。隨著技術(shù)的發(fā)展對于永磁體材料的選擇也有過很多種，這其中最優(yōu)異的莫過于稀土材料了，所以將采用稀土永磁材料的電機又叫做稀土永磁電機。
稀土永磁同步電機從結(jié)構(gòu)上看主要是由轉(zhuǎn)子、端蓋、及定子等部件組成的。
一般來說，永磁同步電機的定子結(jié)構(gòu)與普通的感應(yīng)電機的結(jié)構(gòu)非常非常的相似，而主要是區(qū)別于轉(zhuǎn)子的獨特結(jié)構(gòu)與其它電機形成了差別。和特斯拉使用的交流感應(yīng)異步電機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，所以永磁同步電機通常會被分為三大類：內(nèi)嵌式、面貼式以及插入式。
而他們的工作原理大致相同，在固定電動機定子繞組中通入三相電流，在通入電流后就會在電動機的定子繞組中形成旋轉(zhuǎn)磁場，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)磁場會帶動轉(zhuǎn)子進行旋轉(zhuǎn)。
1、控制問題
永磁電機制成后不需外界能量即可維持其磁場，但也造成從外部調(diào)節(jié)、控制其磁場極為困難。永磁發(fā)電機難以從外部調(diào)節(jié)其輸出電壓和功率因數(shù)，永磁直流電動機不能再用改變勵磁的辦法來調(diào)節(jié)其轉(zhuǎn)速。
2、成本問題
由于稀土永磁目前價格還比較貴，稀土永磁電機的成本一般比電勵磁電機高，這需要用它的高性能和運行費用的節(jié)省來補償。因此永磁電機適于小功率的場合。
3、退磁問題
稀土永磁電機對于工作環(huán)境要求比較苛刻，超過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，必須進行表面涂裝才能使用;稀土永磁電機對于過載十分敏感，一旦過載將導(dǎo)致永磁材料的退磁。
同時，稀土永磁電機的電磁負(fù)荷很高，制成后磁場難以調(diào)節(jié)，其動力控制系統(tǒng)要比感應(yīng)電機復(fù)雜得多。傳統(tǒng)的電機設(shè)計理論、計算方法、電機控制系統(tǒng)都不能適應(yīng)高性能電機的研制要求。
總而言之，在稀土永磁電機研發(fā)的路上，困難重重。但是不經(jīng)歷風(fēng)雨怎么見到彩虹，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的便利。
主流新能源汽車驅(qū)動電機的不同之處
新能源汽車的驅(qū)動電機主要有永磁同步、交流異步和開關(guān)磁阻三大類。因其不同特點，各有應(yīng)用場合。
▌稀土永磁同步電機：
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，由于永磁同步電機功率密度高，其工作效率最高可達(dá)97%，能夠為車輛輸出最大的動力及加速度，因此主要用在對能量體積比要求最高的新能源乘用車上。
缺點是最大功率較低，而且成本比較高。交流異步電機價格低、運行可靠；但其功率密度低、控制復(fù)雜、調(diào)速范圍小是固有限制。價格優(yōu)勢使得其在新能源客車中使用的較廣泛。
▌感應(yīng)（異步）電動機：
能忍受大幅度的工作溫度變化。而相反溫度大幅度變化會損壞永磁電動機，感應(yīng)電動機的輸出扭矩可以在大范圍內(nèi)調(diào)整，不需要撒熱機構(gòu)，重量輕，類似西瓜大小，重量不過52公斤。轉(zhuǎn)速區(qū)間可以達(dá)到0—12000轉(zhuǎn)，所以無需安裝多余的傳動機構(gòu)。所以其車身的重量在新能源汽車中占有絕大的優(yōu)勢。
缺點是轉(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，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：
價格低、電路簡單可靠、調(diào)速范圍寬；但震動、噪聲大，控制系統(tǒng)復(fù)雜，且對直流電源會產(chǎn)生很大的脈沖電流。用于大型客車，比如比亞迪電動車。
其中， 日韓車系目前多采用永磁電機，轉(zhuǎn)速區(qū)間和效率相對都較高，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，主要原因是對于稀土資源匱乏，以及降低電機成本考慮，其劣勢則主要是轉(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。
假使電動汽車電池的續(xù)航里程相同，不同電機消耗的能耗就直接決定了電動車的續(xù)航里程，因此， 電動汽車的動力系統(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)動電動車的電機的發(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，同時要具有能量回饋能力，降低整車能耗；其次，驅(qū)動電機同時具備高速寬調(diào)速和低速大扭矩，以提供高啟動速度、爬坡性能和高速加速性能，電控系統(tǒng)要有高控制精度、高動態(tài)響應(yīng)速率，并同時提供高安全性和可靠性。
實現(xiàn)這些要求，一步一步提升電動汽車實用性，需要更高的技術(shù)水準(zhǔn)和制造水平，但是目前我們國家在電機、電控領(lǐng)域的自主化程度仍遠(yuǎn)落后于電池部分，電機電控核心組件如 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，侃弟更希望我們國家在即將到來的電動汽車時代，能夠閃耀世界。
