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本文目录
1. 由「高下运动」转为「旋转运动」
2. 「电动机」的基本事理
3. 两类常用的「电动机」
4. 已被『封神』的尼古拉·特斯拉
5. 「互换电动机」的基本构成
6. 「异步互换电动机」的事情事理
7. 「三相异步互换电动机」的事情事理
8. 「互换电动机」的特点
9. 「同步电动机」的基本布局
10. 「永磁同步电动机」的事情事理
11. 「永磁同步电动机」的特点
12. 暂告一段落
由「高下运动」转为「旋转运动」记得几年前，还有不少的自媒体会将「燃油汽车」与「电动汽车」为难刁难比，比如在零百加速、最大功率和最大扭矩等方面，以此突显「电动汽车」可以秒杀「燃油汽车」……
特斯拉（双电动机）vs法拉利（V8架构发动机）（数据源自汽车之家）
对付自媒体这种『略耍泼皮』的比拟行为，现在看来还有几分怀念。但随着大家对两类汽车「驱动系统」的逐步理解，大家也逐渐体会到两者各有利害。相信驾驶过非40万元以上「纯电汽车」的车主，都会有这样的觉得：
论起步，20万元旁边的「电动汽车」（以「电动机」起步）可以称霸一时；但论60km/h~100km/h的中后段加速，「电动汽车」彷佛就开始『软』了。
「燃油汽车」的「四冲程」发动机事情事理
大部分「燃油汽车」的「发动机」是通过在「气缸」中点燃汽油产生热（爆炸），推动「活塞」做「四冲程」的高下运动，又通过「曲柄连杆」转换为旋转运动，形成驱动汽车的动力。换言之，「发动机」与古老的「蒸汽机」一样，将热能转换成机器能。
燃油发动机转速（RPM）与利用效率（EFFICIENCY）的关系
其构造的优缺陷，相信大部分略懂汽车的朋友都能道出几点。而个中让工程师最头疼的毛病在于：「发动机」仅在有限的「转速」范围内，才可以产生可用的「扭矩」和「功率」。也便是说，如果汽车只有一个档位（只有手动挡的一档），那么无论你怎么踩油门，让「发动机」如何疯转，汽车在达到一定的速率后（一样平常不会超过20km/h），都不会再提速了。
占用发动机舱大量空间的各种变速箱
这一点就带来很多后续的麻烦：
1. 必须将「发动机」保持在最佳「转速」范围内；
2. 故此必须配备一个变速装置，来调节「发动机」输出的动力；
3. 「发动机」在能源利用「效率」上很低（小于42%）……
通用汽车互换异步电动机布局
而反不雅观「电动汽车」的「电动机」，仿佛统统都大略了，由于：
1. 我们不必再担心「发动机」在做「高下运动」转换为「旋转运动」白白摧残浪费蹂躏能量。由于「电动机」的「转子」本来就做「旋转运动」；
2. 我们不必再担心能源利用「效率」。由于「电动机」在任何转速下，都能保持90%旁边的能源利用「效率」；
3. 我们不必再担心……
但在我们详解「电动机」的上风前，还是有必要先理解一下「电动机」的事理。
「电动机」的基本事理
为了清晰地解释「电动机」的事理，我们先从一个小小的实验开始：
先来看几个小图示，我们将一根电线看做一个桶，而在桶中流动的「电流」比作一支弓箭，当「电流」的方向穿入纸面时，我们看到的是箭尾的羽毛划出的『十字』；反之，当「电流」的方向穿出纸面时，我们看到的是箭头，即是一个点。
这是一张最大略的（带电「线圈」）电路图，个中有我们实验须要利用的一根「导线」，还要一个「电源」（此处为一节干电池）。当我们从截面不雅观察「导线」两侧时，「电流」的方向分别是箭头（左侧）和箭尾（右侧）。同时也要把稳上图中「线圈」两侧的颜色，左侧的为蓝色，右侧的为赤色。
当我们将这个「线圈」放入一个由两块吸铁石（「永磁体」）所构成的「磁场」中，于是有趣的事情发生了，根据「左手定理」：伸开左手，让「磁感线」穿入手心，四指指向「电流」方向 ，那么大拇指的方向便是「线圈」两侧的受力方向。在上图中「线圈」左侧向上，右侧向下。在这种浸染力下，「线圈」就开始『旋转』。
然而，「线圈」只能旋转90°，由于当「线圈」的两侧垂直于「磁场」时，由于力的方向仍旧没变，「线圈」就『卡当』了，无法使其连续旋转。而有一种大略的办法让「线圈」保持旋转——在「线圈」的两侧垂直于「磁场」的瞬间断开「电源」！
让「线圈」在「惯性」的浸染下连续旋转90°。
当「线圈」从起始位置旋转180°后，我们须要改变「电流」的方向，让「线圈」连续旋转90°，接下来再断开「电源」让它走完末了的90°，这样「线圈」就完成一次360°的旋转。当你看懂了以上几张图，恭喜你，你已经理解「电动机」最基本的事理。
「直流电动机」事情事理（简图）
实验中我们利用了干电池，即以「直流电」作为供电电源，以是这类「电动机」被称为「直流电动机」。此外，为保持我们「线圈」旋转，我们须要转换「电流」的方向，『笨办法』是将干电池换个方向，但实际运用中，可以利用一种叫「转向器」的组件来完成。末了，实验所用的吸铁石充当着「直流电动机」中「定子」的角色，而旋转在「定子」中的「线圈」则被称为「转子」。
两类常用的「电动机」「电动机」种类繁多，我们谈及的是作为驱动「电动汽车」的「电动机」。首先按事情电源不同，电动机可以分为「直流电动机」和「互换电动机」两大类。
「互换电动机」又可以按「转子」与「定子磁场」的转速是否相同，分为「同步互换电动机」和「异步互换电动机」两大类。「同步互换电动机」又可分为「永磁同步互换电动机」和「励磁同步互换电动机」；而「异步互换电动机」又分为「三相异步互换电动机」和「单相异步互换电动机」两种。
常见电动汽车 「（驱动）电动机」分类简述
目前的家用「电动汽车」大多数采取「互换电动机」，并以「三相异步互换电动机」和「永磁同步互换电动机」两类为主。或许你看到这里会有点晕，我们以「三相异步互换电动机」为例，先做一个『名词阐明』：
「三相异步互换电动机」的名词阐明
已被『封神』的尼古拉·特斯拉当我们谈及「互换电动机」那就不得不提一下这位已被『封神』的尼古拉·特斯拉。
1882年的一天，特斯拉在与朋友郊野闲步时，头脑中构思出一种全新的「互换电动机」模型：它完备不用「电刷」和「整流子」，「转子」不接电路而是悬空迁徙改变，利用「互换电」，无需整流，无火花，比较原来的「直流电动机」要安全得多。由于它是根据「电磁感应事理」制成，以是又称「感应电动机」（即是「互换电动机」）。
尼古拉·特斯拉关于「互换电动机」的『专利申请图』
1884年，特斯拉带着一封推举信和他的设计图移居美国，并在「新泽西爱迪生工厂」寻求职位。特斯拉向爱迪生呈现他的「互换电动机」发明时，爱迪生因担心这会影响他公司「直流电」和「直流电动机」的发展，便谢绝了特斯拉的「互换电动机」操持。
尼古拉·特斯拉的「互换电动机」（「感应电机」）原型（源自维基百科）
「互换电动机」的基本构成从尼古拉·特斯拉的『专利申请图』中，我们已经看到「互换电动机」的基本构造：「互换电动机」紧张有两大部件：「定子」和「转子」。
特斯拉汽车「异步互换电动机」总成及其「定子」拆解（源自网络）
· 「定子」：最表面的圆筒，圆筒内侧缠有很多「绕组」，这些「绕组」与外部互换电源接通，由于全体圆筒与「机座」连接在一起，固定不动，因此称为「定子」 。
特斯拉汽车的「异步互换电动机」的「转子」专利（US20130069476A1）
· 「转子」：在「定子」的内部便是「转子」，其要么是一个缠绕着很多导线的圆柱体（即「绕线式转子」），要么是笼形构造的圆柱体（即「笼式转子」，如上图特斯拉）。由于「转子」不被固定，而是与「动力输出轴」连接在一起旋转，因此又称为「转子」。
「转子」与「定子」的构造示意图
· 「转子」与「定子」：两者之间没有任何连接和打仗（此间隙被称为「气隙」，常日为0.2~1mm），并以『套筒』的构造相互套住。当「定子绕组」接通互换电源时，「转子」就会旋转并输出动力。
「异步互换电动机」的事情事理大略地来说其事理便是：通电「绕组」在旋转磁场里迁徙改变。以特斯拉汽车也在利用的「异步互换电动机」（即「异步感应电动机」）为例来阐明。
特斯拉Roadster（2008）采取「异步互换电动机」
或许你会问：『「电动机」中的「定子」和「转子」并不打仗，为什么给「定子」的「绕组」通上「互换电」后，「转子」就会旋转呢？』其事情事理运用到两大「电磁学定律」：「法拉第定律」和「楞次定律」。而其事情逻辑请见下流程图：
「互换异步电动机」事情事理逻辑
STEP 1. 当「定子」上缠绕的「绕组」通上「互换电」后，由于「互换电」的特性，「定子绕组」就会产生一个旋转的「电磁场」；
STEP 2. 「转子绕组」是一个「闭环导体」，它处在「定子」的旋转磁场中就相称于在一直地切割定子的「磁感应线」；
STEP 3. 根据「法拉第定律」，闭合导体的一部分在磁场里做切割磁感应线的运动时，导体中就会产生「电流」，而这个「电流」又会形成一个「电磁场」；
STEP 4. 此时，我们就有了两个「电磁场」：一个是接通外部互换电后而产生的「定子电磁场」；另一个是因切割「定子」的电磁感应线而产生电流后形成的「转子电磁场」；
STEP 5. 根据「楞次定律」：『「感应电流」的磁场总要反抗引起「感应电流」的缘故原由（「转子绕组」切割「定子电磁场」的「磁感应线」）』 ，也便是尽力使「转子」上的导体不再切割定子磁场的「磁感应线」；
STEP 6. 结果便是：「转子绕组」就会一直『追赶』着「定子」的旋转电磁场，即是『使「转子」随着「定子」旋转电磁场旋转』，终极使「电动机」开始旋转。
「互换异步电动机」事情事理（动图）
「互换异步电动机」事情事理（图解）
在全体事情流程中，我们会创造一个有趣的征象：由于「定子」需通电后才能产生旋转的磁场，此磁场使「转子」发生「电磁感应」从而旋转，以是「转子」的转速与「定子磁场」的转速不同步（转速差约为2%~5% ）。故此我们称其为「异步互换电动机」。反之，如果两者的转速相同，我们就称其为「同步互换电动机」。
「三相异步互换电动机」的事情事理在工业领域利用最为广泛的「异步互换电动机」是「三相异步互换电动机」，而在「电动汽车」领域，特斯拉汽车和蔚来汽车则是利用此类「电动机」的代表。
「三相异步互换电动机」的事情事理（动图）
「三相定子绕组」电路图
「三相异步互换电动机」在布局上的特殊之处在于，「定子绕组」是一个空间位置对称的「三相绕组」，如上图所示，每个「相位」在空间的位置彼此相差120°。当把「三相绕组」接成星形，并接通「互换电」后，那么在「定子」中便产生三个对称电流（「三相电流」）。
「三相交流电动机」内部「定子磁场」对「转子」的影响（动图）
「三相电流」形成旋转的「磁场矢量」会叠加，并对「转子」产生影响，使得「转子」能更快速的旋转（比较「单相异步互换电动机」），其转速可达到12000~15000r/min，从而驱动「电动汽车」。
蔚来的「异步互换电动机」
举两个例子：特斯拉Model X高性能版后驱为单电动机，最大功率达到375kW，最大扭矩达到了650N·m，堪称胆怯。此外，蔚来ES 8 425KM的单电动机，最大功率也可达到240kW，最大扭矩达到了420N·m，凭借「异步互换电动机」的性能，使得整车备重超过2.4吨的汽车，百公里加速任然能保持在5秒以内。（数据源自《汽车之家》数据库）
「互换电动机」的特点至此，我们基本将「互换电动机」的基本构造和事情事理大略地阐明完了，末了我们大略地来谈谈「互换电动机」的特点。
构造大略的「互换电动机」（动图）（源自网络）
先说其优点，我们从上面的构造和事情事理先容中就可以看出：
1. 构造大略，重量相对较轻，体积相对较小；
2. 运行可靠，耐久耐用；
3. 电动机本系统编制造本钱较低且维修大略方便。
特斯拉Model X 及其电驱掌握系统
但万事都有两面性，别看「互换电动机」的紧张部件不多，但其「电控系统」非常繁芜，制造本钱较高，高到什么程度呢？
「同步电动机」的基本布局
此前，我们提到在「异步互换电动机」中，使「转子」迁徙改变的主要事理是：
Step 1. 「定子」旋转磁场先在「转子绕组」中感应出「电流」；
Step 2. 「感应电流」再产生「转子磁场」，带动「转子」旋转。
「互换异步电动机」事情事理逻辑
在楞次定律的浸染下，「转子」跟随「定子」的旋转磁场迁徙改变，这造成了两者转速不同步，因此才称其为「异步电动机」。
若是将「转子」的「绕组」换为磁铁（永磁体）会如何呢？
但如果「转子绕组」中的「电流」不是由「定子」旋转磁场所感应产生，而是自己产生，即「转子磁场」与「定子旋转磁场」无关，而且其磁极方向是固定的，那么根据同性相斥、异性相吸的事理，定子的旋转磁场就会拉动转子旋转，并且使转子磁场及转子与定子旋转磁场『同步』旋转。这便是「同步电动机」的基本事情思路。
「永磁同步电动机」基本构造和事理
根据转子自生磁场产生办法的不同，又可以将「同步电动机」分为两种：
1. 将「转子绕组」通上外接「直流电」（即「励磁电流」）然后由「励磁电流」产生「转子磁场」，进而使「转子」与「定子」的磁场同步旋转。这种由「励磁电流」产生「转子磁场」的「同步电动机」称为「励磁同步电动机」（此处不展开，有兴趣的朋友可以穷究一下）；
奥迪Q7 e-tron 3.0 TDI Quattro的「永磁同步互换电动机」布局图（源自官网）
2. 干脆在「转子」上嵌上「永久磁体」，直接产生「磁场」，省去「励磁电流」或「感应电流」的环节。这种由「永久磁体」产生「转子磁场」的「同步电动机」，就称为「永磁同步电动机」。
「永磁同步电动机」的事情事理接下来我们仔细来看一下「永磁同步电动机」的事情事理，如图所示，外圈（灰色区域）为「定子」，「定子」内部间隔绕制着三组六匝的「绕组」（红、绿和蓝），对角线为相同组。而中间加入一块条形磁铁，即是「转子」，条形磁铁中央位置连接着「输出轴」，终极将动力传输到「轮胎」。
当给第一组「定子绕组」（比如绿色）通上「互换电」后，在垂直角度就产生类似条形磁铁的磁场。此时，「定子」的磁场与「转子」的磁体磁场产生互斥和相吸的影响，「转子」就开始旋转。依次或同时给三组「绕组」通电，全体「定子」内部的磁场一直发生变革，「转子」便一直地旋转起来。
当然，在现实生活中，我们不会用一块条形磁体作为「转子」，而是将「永磁体」制作成类环型，使得「转子」受到更强的「定子磁场」影响，旋转起来也就更加的稳定。
「永磁同步电动机」基本事情逻辑
通过上图我们清楚地看到「永磁同步电动机」基本事情逻辑，比较「异步电动机」由于「转子」自带磁性，当「定子绕组」通电后，「转子」立即受力，这就使得「定子磁场」与「转子」两者的转速达到了同步。
「三相永磁同步电机」事情事理简图（动图）
当然，我们也不能忘却，只假如「电动机」，对付「励磁绕组」（定子部分）的掌握都是关键，每组「绕组」的「通断」都须要通过「转子位置传感器」和「开关掌握」等系统进行掌握，绝非是大略的『你通我断』那么大略，而是一个比较繁芜的「通断」规则，这便是后面的内容了。
特斯拉Model 3上利用的「永磁同步电动机」
「永磁同步电动机」的特点先来说「永磁同步电动机」的优点：具有较高的功率和质量比，体积更小，质量更轻，比其他类型电动机的输出转矩更大，其极限转速和制念头能也比较精良，因此「永磁同步电动机」已成为现今电动汽车运用最多的电动机。
通用汽车所利用的「永磁同步电动机」布局图
但「永磁电动机」的性能利害与永磁材料密切干系。目前用在「永磁电动机」上的永磁材料有「铁氧体」、「铝镍钻」、「钐钴」、「钕铁硼」等几种。
1. 「铁氧体」：价格低廉，去磁特性呈线性，是常用的永磁材料。「铁氧体」的磁能积低，用「铁氧体」制造的电动机体积较大。
2. 「铝镍钴」：材料「剩磁」高，但「矫顽力」低，「抗去磁能力」低，寿命短，电动机中采取较少。
3. 「钐钴」（Sm-Co）：材料「剩磁」和「矫顽力」都很高，美中不敷的是资源不多，价格昂贵，限定了运用。
4. 「钕铁硼」（Nd-Fe-B）：材料具有很高的「剩磁」、「矫顽力」、「磁能积」以及相对低的价格，是目前最得当的永磁材料。
高启念头能「稀土式永磁电动机」的技能性能
我国有丰富的「钕铁硼」材料——稀土金属。所谓「稀土金属」，是指化学元素周期表中镧系元素族中的17种元素，表现为金属特色，多以化合物形式蕴藏于自然界。稀土永磁材料的磁性能精良，它经由充磁后不再须要外加能量就能建立很强的永久磁场，用来替代传统电动机的稀土永磁电动机不仅效率高，而且构造大略、运行可靠、体积小、重量轻。
「钕铁硼」制成的「永磁体」（图片源自网络）
「稀土式永磁电动机」既可达到「传统电励磁电动机」所无法比拟的高性能（如特高效、特高速、特高相应速率），又可以制成能知足特定运行哀求的特种电动机，如电梯曳引电动机、汽车专用驱动电动机等。不过，我们不得不否认，虽然我国地大物博，算是稀土资源丰富的国家，「稀土式永磁电动机」的制造本钱仍是较高的。
N44H退磁曲线（图片源自网络）
此外，永磁材料的特性常日与温度有关，如磁体温度增加，失落去剩磁的速率会加大。如果永磁体的温度超过「居里温度」，则会完备失落去磁性（磁性为零）。「退磁特性」曲线随温度变革，在一定温度范围内，其变革是可逆的，近似线性变革。
暂告一段落电动汽车各种「电动机」的特点
网上关于『「异步互换电动机」和「永磁同步电动机」孰好孰坏』辩论不休，通过上表我们可以全面地比拟四类「电动机」的特点。我认为：这里没有『好与坏』的判断，只有『最得当』的选择！
特斯拉Model 3利用「异步互换电动机」和「永磁同步电动机」的组合（图片源自网络）
相信无论是特斯拉，还是海内的新势力，在选择电动汽车的『心脏』时，都会从制造本钱、电控难度和供应商等多个成分去考虑。对付消费者而言，实在也不要纠结，开着安全，开起来爽，才是王道。
