特斯拉Model 3用性能换续航,电动车的肌肉——电机这点事儿

  • 小编 发布于 2019-11-14 10:55:56
  • 栏目:科技
  • 来源:电动车前线
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我们都知道,特斯拉的Model 3使用了永磁同步电机,并没有使用它看家的交流异步电机。所以这次我们借着这个机会,为大家科普一下关于新能源车辆最重要的硬件之一 ——电机。

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  • 电机是什么?

电机(英文:Electric machinery,俗称"马达")是指依据电磁感应定律实现电能转换或传递的一种电磁装置。目的就是将电能转化为机械能。

目前新能源汽车电机主要分为两类。一类是感应电动机也就是特斯拉Model S/X上应用的交流异步电机。

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第二类就是model 3和绝大部分国产新能源汽车,应用的永磁同步电动机。

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其实在细分的话,还有一个开关磁阻电机,但其主要应用于新能源商用车领域,我们这次就不涉及了。

  • 有什么区别?

如果要说他们的之间的区别,首先我们要科普一下两个在电动机中常见的名词:定子/转子。这两者是一台电机中不可或缺的零件。

为了让大家更形象的了解,我可是狠心拆了一个收藏多年的田宫四驱车马达啊~!没错,就是大伙儿时玩的四驱车马达,这也是最简单的一种直流电机,原理跟真车上的大致相同。

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我们看下图,能看到在外壳内侧沾着两块磁铁,这两块磁铁就是定子,用白话说就是:不动的部分就是定子。

正统的说就是:定子是电动机静止不动的部分。定子由定子铁芯、定子绕组和机座三部分组成。主要的作用是为电子提供磁场。

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那转子也就好理解了,一直在旋转的就是转子,它就长下边这样。转子中间缠绕的是铜线,作用是导电。小时候总是自己绕马达,换更粗的铜线绕更多的圈数,为的就是让更多的电流经过提升转速。

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把定子和转子结合到一起,形成电机时就是下边的样子。定子负责产生励磁磁场,对处在其中的通电导体产生力的作用。转子槽中有铜线,当装上电池打开开关,铜线被通电时,就会在励磁作用下旋转,转子转动将电能转化为机械能,通过两头的齿轮带动前后车轮运动。

不同种类的电机,定子、转子的结构也不同,但相同的是定子是不动的,产生磁场。转子是转动的,在定子的磁场中受力转动。

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  • 交流异步电机

交流异步电动机是一种将电能转化为机械能的电力拖动装置。它主要由定子、转子和它们之间的气隙构成。对定子绕组通往三相交流电源后,产生旋转磁场并切割转子,获得转矩。

交流异步电机转子的转速,总是慢于定子旋转磁场的转速,因此表现为异步运行。感应电机的特点为:结构简单、成本较低、功率更大。缺点就是体积大,重量重,代表车型有特斯拉的Model S/X以及蔚来ES8。

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图中旋转的部分为磁场与转子。

看到这里,大家应该就能明白为什么特斯拉的车型动不动就能两秒多破百了,很大一部分因素就是因为交流异步电机功率更大的特性。

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  • 永磁同步电机

永磁同步电机在结构上与交流异步电机相似,主要的组成部件同样是定子和转子,其中定子的结构与交流异步电机上的一致,但转子由一块永磁体构成。永磁同步电机转子的速度是和定子同步的,且转子是磁性很强的永磁体,磁场不会消失,所以叫做“永磁同步电机”。

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相比交流异步电机,永磁同步电机能量转换效率比较高、且能耗较低。咱们上边也提到了,基本上国内的新能源汽车都在使用永磁同步电机。因为同等功率下永磁同步电机的体积更小,效率更高。

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但更关键的是,永磁同步电机所需要的钕铁硼永磁材料需要使用稀土资源。而我国拥有全球50%以上的稀土资源,钕铁硼磁性材料的总产量达到全球的80%。这样一来,外国车企想要用永磁同步电机的话,就不得不考虑进口稀土材料或电机总成的问题。

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特斯拉为什么要使用永磁同步电机?

个人认为,由于Model 3的整体尺寸更小,整个底盘空间更为紧张,为了能有更多地空间放置电池组,保证续航里程,只能用性能换取电能利用率,使用体积更小的永磁同步电机。而永磁同步电机虽然输出功率稍逊,但永磁同步电机综合效率却高于交流异步电机,同时稳定性更好

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电机转子

小编最近看了一篇有关特斯拉产业链的文章,其中电机部分的钕铁硼磁性材料是由中国的中科三环公司提供。其实,早在2016年10月,特斯拉就与中国的磁性材料公司中科三环签署了《特斯拉零部件采购通用条款》。双方的交易的主角就是钕铁硼材料,也就是永磁同步电机的核心材料。人家特斯拉早有打算,所以也就不足为奇了是吧。

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图片来自《汽车评价研究院》

那么现在你对电机有些了解了吗?

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