大到空调、冰箱、洗衣机,小到风扇、吹风、剃须刀,生活中处处可以看到电机的身影,所以很多人对于电机的了解还停留在对家电中工业电机的认知,而我们今天要说的汽车驱动电机与这些电机有着很大的不同。在传统燃油车时代,发动机被称为汽车的心脏,因为它是能量转化的核心部件,而在电动汽车时代,电机就成为车辆新的“动力心脏”,而这颗“心脏”要面临安装空间狭小、工作状况恶劣,振动大、冲击大、腐蚀严重等特殊工作环境,因此汽车驱动电机需要具有高密度、体积小、高功率、高扭矩、可靠性、耐久性和成本低等特点。
“三大流派”统治驱动电机
知道了驱动电机的特点,我们来看看现在市场上的情况。目前新能源汽车的驱动的电机主要可以分为开关磁阻电机、永磁同步电机、交流异步电机三大流派,而这三种流派的电机,依照结构和性能的不同,分别应用在商用车和乘用车领域。
在商用车领域,普遍使用的是开关磁阻电机。此类流派的驱动电机从命名中就可以看出其具备的两个基本属性,一是开关性,二是磁阻性。开关性是指电机必须工作在一种连续的开关模式,而磁阻性,指的是电机的定子和转子具有可变磁阻磁路。开关磁阻电机有着明显的优势,结构简单、调速范围广、性能稳定可靠、成本也更低,但也存在转矩波动大、噪音大、系统非线性等缺点,这些问题对于乘用车而言很难接受,因此只是被商用车大规模采用。
永磁同步电机电机内部有包裹永磁体的转子,定子产生转矩来推动转子绕轴心线进行旋转,定子和转子的磁场是同步的。这类电机由于效率高、功率密度高和体积小等优点主要应用于乘用车领域,在国内市场备受追捧,但由于永磁材料价格较贵,成本较高。主要的新能源车企有比亚迪、,吉利等。
交流异步电机为了能够切割磁感应线而产生感应电流,转子的转速总是慢于定子旋转磁场的转速,也就表现为异步运行。这一类电机结构相对更简单、成本较低,但有尺寸较大,重量较重等的缺点,在乘用车和商用车领域都有应用,代表车企有特斯拉、蔚来等。
“双雄争霸”,乘用车电机的相爱相杀
看完以上内容,我们大致了解了这三种流派的市场分布,在乘用车领域,主要采用的是永磁同步电机和交流异步电机,而乘用车与我们日常生活联系更加紧密,所以我们有必要单独讲讲这两个流派。
比较关注新能源汽车的朋友可能会有一个认知,就是国内的大多数主机厂喜欢采用永磁同步电机,而欧美国家比较喜欢使用交流异步电机。像国内的比亚迪秦Pro EV500、全新一代宋EV 500、吉利帝豪EV、荣威ERX5等新能源车型都是搭载永磁同步电机。而国外的主机厂比如特斯拉,旗下的 Model S 与 Model X都使用的是交流异步电机,不过也有例外,像国内的蔚来与江铃也搭载交流异步电机,但是除了这几个知名厂商,很少能看到使用交流异步电机的车型了。
尽管目前永磁同步电机的市场占比更大,但曾经有一段时间,交流异步电机也在市场中得到大量应用,因为其过载能力强,加速性能较好,同时结构更稳定,那为何永磁同步电机能逆势而上?主要在于交流异步电动机能耗高、发热大、重量沉、需要大体积冷却系统,这些缺点直接造成了像特斯拉这种“交流异步专业户”必须不断做大车身增加能量密度才能保证续航。可以说在能耗重量和体积方面的劣势,牢牢限制住交流异步电机在乘用车领域的发展。
永磁同步抢占潮头,“大一统”初见矛头
现在这种“双雄争霸”的局面已经在悄悄地发生着改变。特斯拉作为交流异步电机的代表性车企,全新产品Model 3已经转投永磁同步电机阵营,这次换装电机释放了一个关键信号——目前永磁同步电机更适合乘用车!永磁同步电机究竟有什么优势,我们以目前国内一流主机厂比亚迪为例,一起来了解一下。
作为市场上率先涉足新能源汽车的老牌车企,比亚迪在永磁同步电机领域颇有造诣,旗下王朝系列产品搭载的驱动电机重量更轻、体积更小、效率更高,通过将转速提升至15,000rpm,使得电机在保障功率的同时,减重了35%,对于电动汽车来说,减重就是减负,重量更轻续航才能更长。并且因为自身优势,永磁同步电机可以做得更小,比亚迪在此基础上将驱动电机、电机控制器、减速器三合一,使得动力总成体积相较于分体系统体积下降了30%,节省出更多空间留给车内人员,驾乘体验更加舒适。除此之外,相比于交流异步电机,永磁同步电机在驱动效率方面也更有优势,像比亚迪全新一代宋EV 500,其搭载的永磁同步电机最高效率达到96%,使得车辆在绝大多数转速区间均能保证高效动力输出,这也是纯电车型长续航能力的重要保障。
总结
从目前来看,三大电机流派凭借各自特性在不同领域各有所得,开关磁阻电机在商用车领域全面开花,而在乘用车领域,虽然永磁同步电机和交流异步电机各有优势,但从市场表现上来看,永磁同步电机阵营取得的成绩更加优异,像国内老牌新能源车企比亚迪,在今年陆续推出了包括元EV 360、全新一代宋EV 500、秦Pro EV500在内的多个爆款产品,销量屡创新高,这些产品无一不搭载永磁同步电机。
相信随着市场的发展,在未来几年的纯电动乘用车市场上,永磁同步电机将继续挤压交流异步电机的市场占比,如果未来不能解决现有的技术难题,用于安放电机和更多的电池的空间依然有限,那么市场上留给交流异步电机的生存空间会将越来越小。
本文转自：解读驱动电机流派，教你读懂行业发展趋势
