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刚刚大学毕业那些年,涡轮增压技术开始普及。那时候恰逢自媒体兴起,许多汽车类自媒体都会写一些“涡轮增压与自然吸气怎么选”、“自吸和涡轮有什么区别”之类的文章。近几年国家大力推广新能源汽车,路面上挂绿牌的车型也逐渐多了起来。如果今时今日还有自媒体以引擎的进气形式为选题,肯定会被人批斗为“营销号”。
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尽管涡轮发动机对大多数人而言已是常识,但国家推广电动车这些年却没有多少人愿意去了解它们,以至于当中产生了很多误会甚至是谣言。
电动机作为一种动力装置,它在各方面都要优于内燃机,这是毋庸置疑的。目前在汽车领域使用的电机主要有两种,一种是永磁同步电机,它在新能源汽车领域被广泛采用;而另一种则是交流感应电机,只有蔚来、特斯拉等少数车企搭载了这一类型的电机。为什么大多数车企会选择永磁同步电机呢?而蔚来、特斯拉又出于什么原因选择交流感应电机呢?这还得从它们之间的区别说起。
先从结构相对简单的交流感应电机说起吧。高中物理有提到过楞次定律,闭合电路在变化磁场中会产生感应磁场,而感应磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化。根据这一原理,特斯拉在一百多年前发明了交流感应电机。
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感应电机由转子和定子组成,三相交流电能在定子绕组中产生旋转磁场,而转子也会在旋转磁场中产生感应电流。由于转子与旋转磁场之间必须存在速度差才能产生感应电流,所以转子的转速不可能与旋转磁场的频率相等,交流感应电机也因此被称之为交流异步电机。
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尽管交流异步电机结构简单,但效率较低,而且调速性能较差。为提高异步电机的效率,工程师往往会在线圈绕组中嵌入多组硅钢片,以减少磁漏,有时还需要配备额外的冷却系统,但这样一来也增加了单个电机的重量。
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相对于感应电机,永磁同步电机有着更高的功率密度和调速性能。它将感应电机中的鼠笼结构换成永磁体,由于永磁体可以与旋转磁场相互锁定,也就是说电机的转速与旋转磁场的转速相同,因此更容易控制转子的速度。不过,永磁体的制造需要大量的稀土金属,这也导致永磁同步电机的造价更高。另一方面,永磁体在高温下会失去磁性,在功率过大的场景下使用可能会让永磁电机失效,因此单个永磁电机的功率往往不超过200kw。
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大多数新能源车企之所以选择永磁同步电机,原因是它在相同的技术水平下有着更好的功率密度和能量转化效率,这对提升车辆续航能力有一定的帮助。但是在一些强调性能的车型上,交流异步电机就能大展身手了。虽然异步电机效率较低,但可靠性高,不用担心退磁问题。其单电机的功率可超过200kw,而特斯拉Model S P100D的后电机功率甚至可以达到375kw。
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但话说回来,“高性能车选择异步电机”这个命题是相对的。在成本允许的情况下,车企打造高性能电动车时会更倾向于选择同步电机。虽然单个电机功率有限,但因为电动机有超强的转速适应性,所以工程师可以用多个电机驱动同一个车轮,保加利亚超跑Alieno Arcanum的旗舰版车型,就是因为搭载了24台电机,才拥有恐怖的5221匹马力。
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总的来说,感应电机成本低、工作可靠,而同步电机功率密度大、效率高,它们之间并没有优劣之分,只是彼此所擅长的有所不同。一款电动车驱动系统的设计选用何种方案,需要结合车辆定位以及车身结构设计来决定。