环球热资讯！电趣事|永磁同步PK交流异步 直流电机：我先逝世？

车辆作为一种重量以吨计的交通工具，它庞大的体型需要极大的动力驱动才能正常行驶在道路上，燃油车型是通过发动机消耗燃油来提供车辆行驶的动力源，纯电动车型则是由驱动电机消耗电量为车辆提供行驶的动力源，两者的目的都是让车辆能够“动”起来。今天，我们就来聊聊纯电动车型所搭载的驱动电机是如何驱动车辆行驶，且驱动电机都分为哪几种类型呢？

【资料图】

【电机工作原理】纯电动车仪表盘上转速是哪来的？

我们都知道，燃油车型都会搭载一台发动机，燃油在发动机内部经过燃烧得到驱动车辆行驶的动力，本质上来说这是化学能转化为内能，内能再转化为机械能的过程。纯电动车型因为搭载的是驱动电机，它是将电能转化为机械能来驱动车型行驶，那么驱动电机是如何用电让车辆动起来的呢？这里就要着重聊聊驱动电机内部的定子和转子了。

从结构上来说，驱动电机主要由定子和转子共两大部分构成。顾名思义，定子中的“定”说明它是被固定在驱动电机内部不动的硬件结构，定子主要由定子铁心、定子绕组和机座等零部件组成，定子绕组是缠绕在定子铁心上的大量金属线束，定子铁心则被固定在机座上，定子的整体结构呈现为中空的圆柱造型。

通俗点来讲，定子就像是放风筝时用到的线轮，风筝线相当于是定子绕组，线轮中央能用手握住的部位就是定子铁心，而我们握线轮的手代表的是具有固定作用的机座。转子主要是由转子铁心、转子绕组和转轴等零部件构成，它被放置于定子圆柱型内部的中空位置，如果继续以放风筝的线轮作比喻的话，它则是线轮上可以转动的手柄部分。

从转子的字面意思可以看出，其中的“转”代表了它是可以动的，并且在正常工作状态它还会高速旋转，这和静止不动的定子形成了鲜明的对比。此时就要划一个重点了，可能有些小伙伴们之前会有个疑惑，纯电动车没有发动机为什么仪表盘上会显示转速呢？这里的转速其实就是驱动电机在工作时转子旋转的速度。

聊到这里可能小伙伴们又疑惑了，驱动电机没有像发动机那样相对复杂的内部结构，更没有燃烧燃油的做工方式去驱动活塞上下运动，最终为车辆提供行驶的动力源，但是定子固定在那处于静止的状态，转子到底是如何转动起来的呢？

一般而言，为驱动电机通入电流后，在驱动电机的内部会形成一个电磁场，转子因为电流的通入也会成为一个电磁体，在同极相斥、异极相吸的磁性影响下，转子便会转动起来，以此输出扭矩为车辆提供行驶所必须的机械能。继续用放风筝的线轮作比喻，放风筝的人吃饱喝足有力气了，用手去摇动放线、收线时要用到的手柄，其实吃饱喝足就可以看作是车辆在充电，用手摇动手柄则是为驱动电机通电后，所形成的电磁场在驱动转子转动。

【直流电机】道光皇帝刚登基 电机就被发明了？

虽然驱动电机都是在电磁场的作用下才有了自身的一番作为，但不同类型的驱动电机它内部的结构是不完全相同的，近些年纯电动车市场中驱动电机根据类型的不同，主要分为直流电机、交流异步电机和永磁同步电机。

电动机最早被当做模型来演示电能转化为机械能的时间，说出来可能小伙伴们会不太相信，早在清朝时期道光皇帝刚刚登基的道光元年，也就是当时西方19世纪初期的1821年，电动机的概念不仅被探索了出来，甚至电机的模型都已经被制作了出来。

接着在11年后的1832年，史上第一台原始型旋转磁极式直流发电机正式问世，这也是后来我们所说的直流发电机的鼻祖。自1832年之后，发电机和电动机被认为是两种没有关联的行业在各自发展，直到1970年两者互为逆变的关系才被广泛认同，自此之后直流电机便开始了飞速的发展。

值得一提的是，如今的车辆上如果同时搭载有驱动电机和发电机，那么在标识上分别会用字母M和G进行区分，其中M是电动机英文Motor的缩写，G是发电机英文Generator的缩写，这样的书写有利于分清电机用于何种作用。

直流电机的发展时间虽然在三种驱动电机中是最长的，但因为它的内部使用的是固定式环状永磁体定子，而且使用的是无法改变电流方向的直流电流，通电后没有磁性的转子便就成了正负极固定的电磁体，按照电磁场的磁性规则来说，转子只能旋转半圈就会呈现出静止的状态，为了能让转子不间断的旋转下去，这就必须要加装一项额外的装置—换向器（电刷）。

这项装置改变通过转子的的电流方向，最终的目的是让转子不停的旋转下去，不过因为它需要进行定期的维护，由于制造电刷所使用的材质原因，甚至可能存在有因摩擦产生火花并引发自燃的安全隐患，所以从安全性和实用性等方面考虑，在汽车市场中除了早期的纯电动车型会使用直流电机，如今已经没有什么车型在使用它了。

这就像是买了线轮去放风筝老是出毛病，一会手柄摇不动了，一会线被卡在了线轮上，各种各样的问题需要浪费时间去解决，那么整个放风筝的经历那确实是会让人非常闹心。

虽然现在市场上也有无刷直流电机，这种类型的电机是在有刷电机的基础上进行了改进，但这也导致其内部的结构更加错综复杂，越复杂代表着故障率会随之提升，售价方面也是远远高于有刷直流电机的价格，所以从制造成本和实际使用等角度考虑，这类驱动电机并不是装配于车辆上的最佳选择。

最重要的是搭载直流电机的车型，因为驱动电机使用的都是直流电，自身并没有装配逆变器等装置，所以车辆也就不能实现制动刹车带来的能量回收功能，再加上它对转矩控制的精度较差，这些都是直流电机逐渐在汽车市场中没落的重要原因。

【电机命名规律】直流电/交流电 还有永磁电？

在如今的纯电动车市场中，常见的主流车型大多使用的是永磁同步电机或交流异步电机。从两者的命名来看，他们分别带有一个同字和一异字，如果从字面意思理解这是一组反义词，但放在驱动电机命名中并不是两者完全不同的意思，恰恰相反永磁同步电机和交流异步电机在正常工作时使用的都是交流电，它们都属于是交流电机。

其实同步和异步的解释很好理解，虽然定子的位置是固定不动的，但是在电流的驱使下，它的电磁场是在不断转动的，此时定子和转子可以看做是两块具有磁性且能够不断转动的磁铁，两块磁铁的磁极以正-负-正的环状顺序相互吸引，转子这才能不断的转动为车辆提供动力输出。所以结论是两块磁铁在转动时，对应的电磁场也在不断转动，如果定子和转子的电磁场能始终保持在同一转速，它就可以被称为同步电机，反之转速不能保持一致便是异步电机。

可能小伙伴会认为交流异步电机的“交流”二字，首先想到的是因为驱动电机使用了交流电的关系，其实这样望文生义的想法是有些错误的，如果这里的“交流”代表的是交流电，那么永磁同步电机中的“永磁”代表的是永磁电？物理学中可没有这种奇怪的电流术语。

这里的永磁和交流共两个词汇，其实说它们代表着转子的磁性来源更确切些。因为在永磁同步电机中，组成转子所使用的材料是一块本身就具有磁性的永磁体，所以就把永磁二字当做其名称前缀；在交流异步电机中组成转子所使用的材料是不具有磁性的，必须为驱动电机通入电流后转子才能看作是一块具有磁性的电磁体，因为通入的电流属于交流电，所以就把交流二字当做了这类驱动电机名字的前缀。

【永磁同步电机】快稳准才是王者？

如果有心观察的话，能够发现不少售价较高的中高端车型，还有一些被烙上性能标签的纯电动车型，特别是欧美国家车企旗下的车型，更加倾向于搭载使用交流异步电机，售价相对较低的低中端车型，特别是国产品牌旗下的车型，大多搭载的是都是永磁同步电机，为何会出现这样的情况呢？

聊这个问题之前，在这里要先提前说下两者的价格问题，因为制作永磁体需要价格较高的原材料，所以在假设在数据参数相同的条件的前提下，永磁同步电机的整体价格相对交流异步电机来说是要稍高一些的。

为什么成本相对更高，永磁同步电机反而在市场中的占有率更高呢？假设在数据参数相同的条件下，永磁同步电机的整体体积相对更小些，体积小代表着驱动电机有着更好的装车兼容性，反过来说当驱动电机的大小保持一致时，交流异步电机的动力输出相对会差些。

再者转子磁场和定子磁场的转动速度是保持一致的，驱动电机对扭矩输出的控制会更加精准，而且现在的汽车市场推出的产品，主要是以年轻人的取向进行设计的，那么体积小、动力强和动力输出精准等优势，恰好也符合年轻的开车风格。

除此之外，永磁同步电机因为转子属于是永磁体，它不需要通电就已经具备了磁场，当车辆启动后转子能够更快的进入到正常工作状态，第一时间就可以扭矩输出调整至最大工况。再者因为永磁体本身具有磁场，也就不再需要线圈绕组了，这也就避免了因为线圈电阻带来的电耗问题，所以永磁同步电机的能量转化率相对更高些，再加上体积小的天然优势，相对来说搭载这种类型的驱动电机在能耗方面也颇具竞争优势。

以上种种的优点，或许才是市场中大多数主流纯电车型扎堆使用永磁同步电机的原因，不过万物有利必然也有弊，永磁同步电机也有着一些天生的缺点。正所谓成也萧何败也萧何，永磁体的使用虽然带来了不少竞争优势，但它本身的结构强度有些偏硬偏脆，如果遇到一些剧烈振动或是意外碰撞事故，永磁体可能就要面临破碎的风险了。

同时永磁体在高温环境时，它自身的磁性会逐渐消退，这也被称为不可逆式退磁。所以搭载永磁同步电机的车型，如果驱动电机处于长时间高负荷，甚至是过载的状态下持续运行，那么可能就会造成驱动电机内部温度升高，最终的后果可能会导致永磁体失去磁性，驱动电机再也无法进行正常工作。

【交流异步电机】持久才是王道

或许是永磁同步电机高温退磁的原因，所以一些主打性能的纯电动车型，大多都使用的是交流异步电机。因为交流异步电机内部并没有永磁体的存在，只要将驱动电机的温控系统做好，也就不必担心退磁的现象发生，所以搭载这类驱动电机的车型，可以长时间以高功率的模式输出动力。

不过交流异步电机的转子缠绕有大量绕组线圈，在电阻的作用下会产生铜耗现象，即铜材料制成的线圈因为电阻的原因，导致电量的额外损耗并产生热量，所以它的能量转化率会低于永磁同步电机。

再者，因为交流异步电机的转子本身是没有磁性的，必须通入电流后转子才能具有电磁场，所以当车辆启动为驱动电机通电后，电流流经转子后形成电磁场，等到转子具有电磁场后，才能在定子电磁场的作用下旋转做工，经历这一系列过程也就意味着在起步时，车辆的扭矩输出相对搭载永磁同步电机的车型会稍弱些。

写在最后：

不管纯电动车型是不是新能源汽车领域发展的最优解，但不可否认的是纯电动车已经成为了当下市场中的主流产品，而永磁同步电机和交流异步电机则趁着风口，成为了纯电动车市场中炙手可热的佼佼者，直流电机则被淹没在时代的潮流中，退出了汽车市场这一舞台。下期内饰，我们继续一起聊聊驱动电机的安装位置，将电机和轮胎合二为一的设计，你听说过吗？

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