交流异步电机
三相交流异步电机也叫感应电机,由外壳固定的定子,和里面的转子组成。定子由硅钢片叠压,并在其上绕上线圈(绕组),给线圈通电即能产生磁场。由于使用的是三相交流电,所以,线圈在定子内每120度为一个单元,共三个单元,相互对称排列。三个独立绕组组合在一起形成一个360度的圆柱形定子。转子铁芯同样由硅钢片叠压而成,其上也绕上导电杆(绕组)。转子是不通电的,转子的电流来自于切割定子的磁力线,所以叫感应电机。
定子通电产生磁场,转子则在定子产生的磁场中做“导体切割磁感线运动”,产生了感应电流。这个电流在旋转的磁场中又受到安培力的作用,使转子转动,但是转子的转速和定子产生的磁场的速度不一样,也就是“异步”的意思。
交流异步电机中,由于没有磁铁,磁场来自于定子中的通电绕组,所以外界环境不会影响它的性能,可靠性高、成本低、对温度不太敏感,所以很多高性能电动车会用交流异步电机,如特斯拉前后双电机车型,前面的电机就用到交流异步电机。缺点也比较明显,就是功率密度低,想提高功率智能把电机做的越来越大,会占用电动车更多的空间。同时,还需要逆变器将电池输出的直流电变成交流电,逆变器也会损耗一部分电能。
永磁同步电机
在说永磁同步电机前,我们先来看看小时候玩的四驱车电机。它由强磁铁、绕组转子、碳刷组成,一个好的高速小马达价格在大几百元。四驱车上用的小马达叫直流永磁碳刷电机,看名字,与直流永磁同步电机差不多了。
直流永磁同步电机也是由绕组、强磁铁组成,为了省去碳刷这个耗材,它将定子做成了绕组(与交流异步电机相似),而转子则由永磁材料打造。
直流永磁同步电机工作原理
给定子上的线圈通断电,每120°就会制造一个吸引转子永磁体的磁场,从而使转子瞬间旋转,不存在时间差所以叫同步电机。直流永磁同步电机的关键在于转子上的永磁材料,现在多数用的是钕铁硼材料制作,而钕则来自于稀土,成本较高。直流永磁同步电机的优势是能量转换效率高、体积小功率大,多用在长续航电动车上,以及部分混动车的变速箱中;缺点也比较明显,就是永磁材料容易受热而发生退磁,所以要对电机的冷却系统设计多费心。如某些主机厂宣传的:弹射起步10次不衰减,高速巡航不衰减等,其实就是电机、电池的冷却系统比较强大。
写在最后
不论是交流异步电机,还是直流永磁同步电机,都被大量应用在纯电动车上。而永磁同步电机逐渐成为大趋势,但用于稀土材料稀缺原因,很多国外车企更喜欢用交流异步电机,并且努力提高其功率密度。像特斯拉的交流异步电机相比其他家的铝转子,特斯拉采用了铜转子并拥有专利技术,让交流异步电机也能做到体积小功率高。