目前，在电动汽车驱动电机，国内主要采用效率永磁同步电机，其市场占有率达到了80%以上。虽然目前异步电机占有率较低，但是在高速可靠性方面，异步电机具有天生的优势，尤其是在未来集成化、高速化的发展趋势下，相比永磁电机，异步电机的优点会更加突出。针对永磁电机、异步电机的特点，高效电机领跑者编辑部专访了清华大学电机系、电力电子与电机系统研究所柴建云教授，柴建云教授在电机设计领域具有很丰富的行业经验。
未来电动汽车的发展趋势是什么？
未来电动汽车发展主要集中在以下三个方面。
动力类型。以锂电池和燃料电池为代表的动力电池技术在近些年里取得了突破性进展，其生产规模迅速扩大，市场价格显著下降，打破了长期以来制约电动汽车发展的瓶颈，因此，未来数十年内电动汽车全面取代传统燃油汽车的趋势已不可逆转。
电核心。由电机、驱动器和减速器组成的电驱动系统是电动汽车动力总成中的核心，而“轻量化、高可靠性和高性价比”则是电驱动系统永恒的追求目标。
集成化。“高速电机＋高频驱动器＋紧凑型减速器”三合一集成化是未来发展电驱动系统的有效途径。2017年国家立项的众多电动汽车电机项目中就是以高速电机为主，而且驱动器的频率将逐步提高。在减速器方面，采用新型的行星齿轮后可以使电机系统更加紧凑，综合上述技术方法后电机重量可以大幅下降。美国计划在2025年之前使电动汽车驱动电机功率密度大幅提高，提高的途径只能通过集成化来实现。
问：电动汽车对驱动系统、减速器和变速器的要求有哪些？
电动汽车对驱动系统、减速器和变速器的要求如下：
▶ 电动汽车对驱动系统的基本要求有两点，具体原理如下所示：
低速大转矩
高速宽恒功范围
▶ 评价电机的能力大小主要看其峰值转矩，这里比较关注的就是减速器和变速器，具体要求如下所示：
▷ 电动汽车对减速器的要求有：
全域转速压缩，转矩放大
要求电机恒功范围宽
▷ 电动汽车对变速器的要求有：
局部转速压缩，转矩放大
频驱动器＋紧凑型减速器”要求电机恒功范围较窄
如上图所示，绿色线条和蓝色线条组合后是红色线条，组合后的恒功区范围比电机本身的恒功区范围宽，即如果有同样的恒功区要求，组合后的恒功区就可以做得窄一点。背后之意还有，如果电机的恒功区做不宽，那么可以采用变速箱（如两档变速箱）来实现；如果电机恒功区能够做宽，那我们就采用减速器。在今年的汽车百人会上，很多厂商力推两档变速箱，背后之意就是电机的恒功区做不宽，利用变速器的原因之一就是电机的转速不可能再提高了，而限制了高速电机的使用，例如，若汽车最高转速为6,000r/min，那么电机转速只能做到6,000r/min，如果电机转速要达到12,000r/min是不可能实现的，这时就得使用减速器，所以减速器可以极大地缩小电机的尺寸和重量，但变速器只是将较窄的恒功区拓宽。像传统的汽油车仅仅是靠变速箱来实现的，因为汽油机的恒功区非常窄，恒转矩区也很小，最终依靠4~5档的变速箱来实现整个恒功区间。
问：目前电动汽车驱动电机领域主要以永磁同步电机为主，异步电机占比较少，那么永磁同步电机和异步电机的机械特性有什么特点？
永磁同步电机、异步电机的特点如下：
▶ 永磁电机
永磁电机反电势。永磁同步电机遇到的一个很大的困惑是如何确定反电势，早期国内电机厂商反电势取得较低，但是效果很差，反之选取较高的反电势有利于提高电机的转矩密度，但可能造成驱动器和动力电池过压损坏，因此我们提出了安全电压原则：电机在最高转速下的反电势经不控整流得到的直流电压值不得超过驱动器能够承受的安全直流母线电压，即安全电压设计原则决定了永磁同步电机反电势取值范围。
永磁电机伏安容量。对于宽恒功机械特性，永磁电机需要超出功率容量较大的伏安容量，相应地需要较大容量的驱动器，即100kW的电机需要配套200kVA甚至250kVA的变频器。
▶ 异步电机
异步电机工作磁链。由于异步电机没有永磁励磁，它的励磁使用定子侧来励磁，因此重点是异步电机的工作磁链。确定异步电机的工作磁链，异步电机分两个区：第一是恒转矩区，转矩最大，为了减小转矩电流，应该将磁链提高到最大值，最大磁链和额定转速点对应，额定电压时应接近满压，由此决定了感应电动势，感应电动势因此决定了最大磁链。
异步电机恒功区。在恒功区，我们希望感应电压保持恒定值，那么功率和电流也是恒定值。与永磁电机不同的是，异步电机在恒转矩区磁链维持恒定，在恒功率区，磁链反比下降，这是异步电机调磁的优势。
异步电机伏安容量。对于宽恒功机械特性，异步电机需要的伏安容量略大于电机的功率容量，相应地需要的驱动器容量较小。
从根本上讲，永磁电机、异步电机的特点是客观存在的。但是随着电机向集成化、高速化发展，极对数会相应减少，异步电机的优势越来越明显，所以未来异步电机的前景是很大的。
结论
综合全文，我们得出以下结论：
* 电动汽车电驱动系统中，电机与宽恒功范围机械特性之间的匹配关系是比较电机适用性的重要基本准则。
* 安全电压设计原则决定了永磁同步电机反电势取值范围。
* 对于宽恒功机械特性，永磁电机需要超出功率容量很多的伏安容量，相应地需要较大容量的驱动器。
* 对于宽恒功机械特性，异步电机需要的伏安容量略大于电机的功率容量，相应地需要的驱动器容量较小。
