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再一次受到汽車小小值鄧老編的邀請，這次來給大家科普一些關于驅動電機的知識。之前一期講的是電動車的使用，一期講的是電池，那麼這一期再來講一講電動車上的驅動電機。

俗話說，發動機是汽車的心髒，它将燃料的化學能轉化成讓車子行進的動力；而對于電動車來說，把電能轉換成動能的是驅動電機，這是電動車行駛的動力來源。其實，不僅僅隻有純電動車才用電機，油電混動，以及氫燃料電池車都需要電機來驅動。本文就簡單為大家科普一下電機的優勢和不同種類電機的異同。

電機驅動好處多，容我一一跟你說

相對于内燃機來說，把驅動電機作為汽車的動力來源是有諸多好處的。首先，驅動電機的轉速範圍很寬，可以從0到10000多轉，這樣既不需要離合器（液力變矩器）也不需要變速箱，而且電機本身也比較小，動力系統可以做得簡單又緊湊。從總布置的角度來說，沒有必要像燃油車似的做個“大鼻子”發動機艙來容納發動機和變速箱，無論是造型還是車内空間都有更大的發揮餘地。（考慮到消費者的接受能力，現階段的純電動車造得還是比較像油車的形狀，但其實沒這個必要）

更爽的是，電機幾乎可以從起步開始就輸出最大的扭矩，而且在整個中低轉速區間始終都有很大的扭矩輸出。在起步加速時，電動車的動力優勢非常明顯，這也是為什麼特斯拉、蔚來、比亞迪等電動車可以在百公裡加速這個項目上花式吊打同價位的燃油車。

同樣，這也是為什麼很多雞賊的“買菜級”電動車喜歡标0-50km/h的加速時間，就是因為電機的動力優勢在中低速。對于日常城市駕駛來說，這種中低速下的動力表現其實是更為重要的，而且電機的動力響應通常會更快一些，很多電動車用戶表示開了電動車之後就很難再開回油車了，相信動力體驗的優勢是其中一個重要原因。

其次，驅動電機在效率方面也擁有絕對的優勢。我們知道，現在汽油機效率的巅峰不過是40%左右，這還是一個高載荷的理想工況，換句話說就是隻有在急加速、長上坡、或者拉滿貨的情況下才可能跑得出來。而在實際駕駛中，特别是城市道路工況中，汽油機的油箱到車輪（tank to wheel）效率通常連20%都到不了，有強混加持的很省油的車可能做到20% 的水平。

而對于電動車來說，驅動電機的效率幾乎在任何情況下都能做到80%以上，高效率的工況可以有90%多。即便考慮到電能在電池充放電過程中的一些損耗，其油箱到車輪效率也可以輕松超過60%，即汽油車的3倍以上。

此外，電機還可以對輸出扭矩進行更加精細的控制。特别是對于牽引力控制和彈射起步控制，電機的響應速度要比傳統的内燃機快得多，可以更好地榨取輪胎的抓地力。打破世界紀錄的蘇黎世聯邦理工大學的大學生方程式電動賽車，百公裡加速僅需1.513秒，這是油車所難以企及的成績。

打破加速紀錄的蘇黎世聯邦理工大學的電動賽車

驅動電機拆開看，感應永磁哪家強

把電池塞進玩具四驅車裡，打開開關，車子就能跑了，對于童年玩過四驅車的剁友們來說，這個過程并不難理解。動手能力比較強（手賤）的可能還拆開過四驅車的馬達，能看到裡面的定子和轉子。四驅車裡的馬達，盡管和這裡說的驅動電機原理不太一樣，不過本質上都是把電能轉化為機械能的設備。

驅動電機的結構主要分為定子、轉子和機械結構三大塊。其基本原理是利用通電線圈（定子繞組）産生旋轉的磁場，并作用于轉子形成磁電動力旋轉扭矩。其中，定子是電機裡靜止不動的部分，由定子鐵芯、定子繞組和機座組成，定子繞組通入三相電之後就會産生旋轉的磁場。而轉子就是電機中旋轉的部件，主要由轉子鐵芯，永磁體（永磁同步電機）和轉子繞組（感應異步電機）組成。

說到這裡，根據轉子的不同驅動電機就分成了永磁同步電機和感應異步電機兩種。剛開始接觸這兩個名詞的時候可能很難記住誰是誰，其實這個名字還是挺直觀的，永磁同步電機，永遠有磁，那麼說明轉子裡有一塊“大磁鐵”，也就是所謂的永磁體。這個“大磁鐵”不是我們中學時學的四氧化三鐵，那個磁能積（衡量永磁體儲存磁能密度的物理量）太弱了，實際電機裡用的永磁體材料是钕鐵硼。我知道很多人不知道這字咋念，教大家個訣竅，一般不認識的元素念右半邊就對了，所以這就念“女失朋”，哦不對，應該念“女鐵朋”。

紅圈圈出的是稀土元素

這個钕Nd元素是稀土元素，稀土元素的産能絕大多數都在中國，穩定的稀土供應算是我國電機生産的一個優勢。由于永磁體材料含有稀土元素，永磁同步電機的制造成本是比較高的，其中永磁體材料要占到整個電機成本的接近一半比例。盡管成本高一些，不過永磁同步電機更小巧緊湊，效率更高，目前占據了市場的主流。

特斯拉的感應電機

從上圖中可以看到，特斯拉的感應電機尺寸很大，幾乎是填滿了兩個車輪間的空間。當然，特斯拉作為電動汽車的先行者，其集成度做得很高，布置得也很巧妙，所以空間利用率做得是比較好的。從蔚來所展示的電機對比中不難看出，蔚來下一代的永磁同步電機在功率接近的情況下，尺寸相較感應電機縮小了很多，小巧的尺寸意味着更輕的重量和更低的布置難度。

蔚來驅動電機展示

有意思的是，比較貴的電動車，特斯拉和蔚來的高端車型用的反而是成本比較低還笨重的感應異步電機，而它們入門款車型以及其他廣大平民品牌的電動車則大多用的是永磁同步電機，這又是為什麼呢？永磁同步電機千好萬好，但有一個緻命缺點，就是會有高溫退磁問題。

特斯拉和蔚來早期的車型都把強大的動力性能作為一個優勢項目，電機的功率都做得特别大，蔚來ES8是652馬力，特斯拉的P100D車型甚至有772馬力的狂暴動力！國内外的媒體沒少拿這些高性能電動車去和燃油的性能車去PK加速，甚至說會跑去刷賽道圈速，這其實對車子是很大的考驗，在大幾百馬力的全功率輸出下，電機的發熱量是很可觀的。而钕鐵硼在溫度100多度的情況下就會開始出現退磁現象，如果永磁體長時間處于高溫狀态，那麼會造成永久的不可逆的退磁。

不過話說回來，近年來特斯拉和蔚來也開始逐步改用永磁同步電機，性能同樣非常強，也沒少刷圈，這說明退磁問題應該是得到了一定程度的解決。特斯拉Model3的四驅版，蔚來ES6的中高配版本，不約而同地采用了永磁同步電機和感應異步電機“混搭”的組合（特斯拉是前異步後永磁，蔚來是前永磁後異步），以便同時滿足高性能和高效率的需求。

永磁同步電機占據市場主流的最主要的原因我認為還是效率更高。現階段由于電池的能量密度還不夠高，續航裡程仍是電動車用戶的痛點，所以消費者們都希望電動車能跑得更遠。永磁同步電機的效率相對感應電機更高，特别是頻繁加減速的瞬态工況，效率差距會更明顯。以蔚來為例，前後都是感應異步電機的ES8工信部續航隻有355公裡，上市後被诟病得很慘。而之後将前電機替換為永磁同步電機的ES6，在加速性能幾乎沒有下降的前提下，同樣電池續航增加了20%，達到了430公裡。當然，ES6更小的尺寸和更輕的重量同樣為更遠的續航做出了貢獻。

在乘用車領域，永磁同步電機已完全成為了市場主流。相比較而言，永磁同步電機的功率密度更大，尺寸小重量輕，效率高振動小，缺點在于成本較高，以及高溫時的永磁體退磁問題。感應異步電機的優勢在于成本低、工藝簡單，同時還能承受大幅度的溫度變化，而缺點是體積重量大，效率低，除特斯拉、蔚來等少數乘用車用之外，主要用于對空間要求較低的電動客車、物流車以及載貨車等車型中。

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