[汽車之家 技術(shù)]  特斯拉Model S的快相信已毋庸贅述，快到今天一提起高端純電動(dòng)品牌人們就想到它,。既然后起之秀如此上進(jìn),，傳統(tǒng)車企自然不會坐視不管，這不保時(shí)捷就準(zhǔn)備拿出Taycan應(yīng)戰(zhàn),，不過在這之前他們做出了一臺名為Mission E Cross Turismo的概念車來小試牛刀,。但你知道嗎？在核心部件驅(qū)動(dòng)電機(jī)的技術(shù)上,，特斯拉貌似有些“落后”,。關(guān)于驅(qū)動(dòng)電機(jī)的故事還有很多，今天我就和朋友們一起聊聊電機(jī)的那些事兒,。

　　特斯拉Model S P100D有著2.7秒的0-100km/h加速時(shí)間,，這個(gè)成績在燃油車?yán)镆彩欠浅Ｖ�快了。而一個(gè)傳統(tǒng)車企中的老牌勁旅,，在內(nèi)燃機(jī)稱霸時(shí)代大紅大紫的保時(shí)捷,，為了能夠證明自己玩電動(dòng)依然很牛，他們也做出了0-100km/h加速時(shí)間在3.5秒以內(nèi)的Mission E Cross Turismo,，雖為概念車,，但已是實(shí)力不俗。不過,，兩者選擇了截然不同的技術(shù)路線,，到底誰才能成為真正的贏家呢？

看完以下內(nèi)容,，你就看完了文章的70%：

　　1,、保時(shí)捷和特斯拉選用了不同的驅(qū)動(dòng)電機(jī)技術(shù)路線，前者為永磁同步電機(jī),，后者為感應(yīng)異步電機(jī),；

　　2、永磁同步電機(jī)有著效率高,、體積小等優(yōu)勢,，但相對成本較高，受溫度變化影響大,；

　　3,、感應(yīng)異步電機(jī)有著成本低、可靠性相對較高的特點(diǎn),，但能耗高是其最大短板,；

　　4、特斯拉曾因電機(jī)能耗高,，導(dǎo)致車主掏約7萬元的“排放超標(biāo)”罰款,。

● 孿生兄弟：長相相似,，性格卻截然不同

　　永磁同步電機(jī)和交流異步電機(jī)就好像是一對孿生兄弟，長相極其相似,，但卻有著不一樣的脾氣秉性,。在基本結(jié)構(gòu)和外觀上兩種電機(jī)大致相同，都是由定子,、轉(zhuǎn)子,、電機(jī)外殼等常見部件組成。只不過轉(zhuǎn)子在結(jié)構(gòu),、用料和工作原理上存在差異,。永磁同步電機(jī)屬于交流電機(jī)的一種，其轉(zhuǎn)子是由帶有永久磁場的鋼制成,，電機(jī)工作時(shí)給定子通電,，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場推動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，而“同步”的意思是在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí),，轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度與磁場的旋轉(zhuǎn)速度同步,。

　　感應(yīng)異步電機(jī)也屬于交流電機(jī)，轉(zhuǎn)子是由導(dǎo)電性好的金屬材質(zhì)制成,，如鋁,、銅等材質(zhì)，且轉(zhuǎn)子大多采用鼠籠式結(jié)構(gòu),，工作時(shí)也是通過給定子通電,，此時(shí)與轉(zhuǎn)子感應(yīng)電流相互作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，從而使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的電機(jī),�,！爱惒健敝�意就是在運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速總是小于旋轉(zhuǎn)磁場的速度,，故稱之為異步,。

　　說的再簡單一些，這兩種電機(jī)均為交流電機(jī),，永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子自帶磁場,，而感應(yīng)異步電機(jī)的轉(zhuǎn)子只是導(dǎo)體，并不帶磁場,，是通電之后產(chǎn)生了感應(yīng)磁場才能與定子發(fā)生作用,。由于技術(shù)路線的不同，也就使得兩種電機(jī)有著各自的特點(diǎn),，接下來就跟大家聊聊他們各自的優(yōu)劣勢,。

◆ 保時(shí)捷為什么會選永磁同步電機(jī)？

　　我們還是結(jié)合之前提到的車型來分別看這兩種類型的電機(jī),。在2018北京車展上亮相的Mission E Cross Turismo搭載了兩臺永磁同步電機(jī),，兩個(gè)電機(jī)分別布置在前后軸之間，可同時(shí)輸出動(dòng)力,，實(shí)現(xiàn)四輪驅(qū)動(dòng),。這種布局形式在實(shí)現(xiàn)四驅(qū)的同時(shí)可以使前后配重更加均勻。

　　在雙電機(jī)同時(shí)工作的情況下,，Mission E Cross Turismo的動(dòng)力系統(tǒng)最大功率為600Ps（440kW）,，0-100km/h加速時(shí)間在3.5秒以內(nèi)，加速到200km/h的時(shí)間只需12秒,，這樣的實(shí)力足夠碾壓燃油超跑,。這也是德國人決定快速轉(zhuǎn)型，進(jìn)軍純電動(dòng)領(lǐng)域的表現(xiàn),，畢竟對于這些超跑專業(yè)戶而言,，為了贏值得付出一切。

■ 能量轉(zhuǎn)化率高,、適用于低速及復(fù)雜多變的路況

　　能量轉(zhuǎn)化率高是永磁同步電機(jī)電機(jī)特點(diǎn)之一,，可以達(dá)到90%以上。相比之下從化學(xué)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能效率只有35%的汽油發(fā)動(dòng)機(jī),，以及電動(dòng)轉(zhuǎn)化為動(dòng)能85%-90%的感應(yīng)異步電機(jī)就相形見絀了,。

　　其次是其調(diào)速范圍比較大，“調(diào)速范圍”這種說法可能有些過于晦澀,，說白了就是能夠適應(yīng)車輛在低速行駛和高速行駛的動(dòng)力需求,，而且各工況都保持著比較高的能量轉(zhuǎn)換效率。也就是說不論是在城市擁堵還是高速暢通的工況下,，永磁同步電機(jī)在提供車輛所需動(dòng)力性能的同時(shí),，還可以做到相對比較省電。

　　最后是其體積較小,、重量輕,，這個(gè)特點(diǎn)要相對于相同功率密度的感應(yīng)異步電機(jī)而言。打個(gè)比方,，同樣是可以舉起100kg重量的運(yùn)動(dòng)員,，舉重運(yùn)動(dòng)員的個(gè)頭就要比相撲運(yùn)動(dòng)員要小得多，這就是舉重運(yùn)動(dòng)員的“功率密度”比較大,。體積小就能給車輛的整體布局帶來更多的優(yōu)勢,，車輛前機(jī)艙和后備廂能夠設(shè)計(jì)更多的儲物空間，底盤上可以設(shè)計(jì)一些動(dòng)力電池的擴(kuò)展空間等等,。也有利于車輛的輕量化設(shè)計(jì),。

■ 成本相對較高、性能會受溫度變化影響

　　除此之外,，永磁同步電機(jī)也不是沒有缺點(diǎn),，相對于感應(yīng)異步電機(jī),，理論上說其單位功率升本較高，也就是說相同功率的兩種電機(jī),，永磁同步電機(jī)的造價(jià)更高一些,。再有就是永磁材質(zhì)的轉(zhuǎn)子會隨著溫度的大幅變化引起退磁現(xiàn)象，這種情況下就會使電機(jī)的性能下降,。這種感覺就有點(diǎn)兒像人到了炎熱的沙漠之后產(chǎn)生了脫水現(xiàn)象,，導(dǎo)致身體機(jī)能下降。

◆ 先進(jìn)的特斯拉卻用了“落后”的交流異步電機(jī),？

　　再來看特斯拉Model S P100D，其在開啟狂暴模式時(shí)的0-100km/加速時(shí)間僅為2.7秒,，最高車速同樣為250km/h,。這樣出色的性能得益于其看似“落后”感應(yīng)異步電機(jī)。為什么說這種電機(jī)比較“落后”,？這是因?yàn)橐恍┍容^低端的純電動(dòng)車,，比如大家常說的老年代步車、公園里的電瓶車,，大都使用的是感應(yīng)異步電機(jī),。所以“廉價(jià)感”、“落后”這樣的標(biāo)簽就被貼在了這種電機(jī)上,。但在特斯拉成功之前,，大多數(shù)人其中也包括我都不知道，其實(shí)感應(yīng)異步電機(jī)可以做到性能如此強(qiáng)大的地步,。

■ 成本相對較低,、性能不會受溫度影響

　　看著這些數(shù)據(jù)，真的可以用“可怕”來形容這臺車子,。那么它那顆強(qiáng)大的“心臟”還有什么其它的優(yōu)勢呢,？首先，相對于永磁同步電機(jī)來說,，感應(yīng)異步電機(jī)的成本比較低,，主要是因?yàn)闊o需使用昂貴的永磁材質(zhì)來制造轉(zhuǎn)子。其次,，就是其轉(zhuǎn)子的磁場是通電之后形成的電磁場,，所以轉(zhuǎn)子的磁場不會存在退磁現(xiàn)象，其可適應(yīng)的工作環(huán)境溫度要比永磁同步更廣一些,。

■ 能耗相對較高,、低速性能不如永磁同步電機(jī)

　　由于感應(yīng)異步電機(jī)構(gòu)造的原因，想要更有勁兒,，電機(jī)內(nèi)部的導(dǎo)電體就要增加體積,，所以在與永磁同步電機(jī)相同功率的感應(yīng)異步電機(jī)體積會相對大一些,、重量沉一些。那帶來的副作用就是占用車內(nèi)的空間更多,，給車輛的自重加碼,，增加了自身的能量損耗。不過,，Model S P100D用100kWh的超大容量電池彌補(bǔ)了這一點(diǎn)不足。但電機(jī)重量大,、加上超大載電量的電池體重固然輕不了,，所以其能量轉(zhuǎn)化的效率會受自重的影響而減小。

　　其次,，就是其調(diào)速范圍小,，在高轉(zhuǎn)速的工況下能量轉(zhuǎn)化效率比較高。這就導(dǎo)致Model S P100D在低速行駛時(shí)能耗會比同功率的永磁同步電機(jī)要大,；而高速行駛中,，雖然這種工況下感應(yīng)異步電機(jī)的能量轉(zhuǎn)換效率會高一些，但風(fēng)阻給車輛帶來的高能耗又使車輛電量消耗很快,�,？偨Y(jié)起來，Model S P100D在各個(gè)工況下都要比同功率的永磁同步電機(jī)能耗水平高,，簡單的說就是什么時(shí)候都費(fèi)電,。

● 永磁同步和感應(yīng)異步到底誰會成為主流？

　　通過兩個(gè)極具代表性的車子,，我們也對兩種不同技術(shù)路線的電機(jī)有了一個(gè)初步的了解,。那么在它們之間，到底誰將會成為未來的發(fā)展趨勢呢,？在下結(jié)論之前,，我們還是先來總結(jié)一下這兩種電機(jī)各自的特點(diǎn)吧。

　　從兩種電機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)上來看,，永磁同步電機(jī)功率密度大,，低速、高速工況均處于較高的能量轉(zhuǎn)換效率,。所以相對于高速工況才有較高效率的感應(yīng)異步電機(jī)來說,，更適合低速工況較多、頻繁起步停車的城市道路,。這也就不難解釋為什么現(xiàn)在生產(chǎn)的純電動(dòng)車型中,，永磁同步電機(jī)處于主流地位。

　　再有一個(gè)原因就是由于大多數(shù)的純電動(dòng)車并不追求極高的性能,，所以電機(jī)的功率不會太大,，就算永磁同步電機(jī)的單位功率成本較高,，但各家采用的電機(jī)功率并不會高到能大幅影響造車成本的地步。所以除了生產(chǎn)需要搭載大功率電機(jī)性能車之外,，車企在生產(chǎn)乘用車的時(shí)候還不會因?yàn)檫@一點(diǎn)而考慮改為使用感應(yīng)異步電機(jī)的技術(shù)路線,。

　　那么特斯拉也知道感應(yīng)異步電機(jī)在低速工況下存在能耗相對較高的劣勢，但為什么還要堅(jiān)持采用這種電機(jī),？僅僅是由于成本低嗎,？也不盡然，特斯拉選擇這種技術(shù)路線還有其他的考慮,。其中,，最主要的原因是制造永磁轉(zhuǎn)子的材質(zhì)——釹鐵硼，對于美國本土來說屬于稀缺資源,。釹鐵硼永磁材料是稀土資源,，對于稀土資源缺少或稀土工業(yè)不發(fā)達(dá)的國家而言，車用動(dòng)力電機(jī)的技術(shù)方案是與國家安全相關(guān)的,，所以“米國”大叔們?nèi)匀粓?jiān)持著感應(yīng)異步電機(jī)的“技術(shù)壁壘”,。但相比之下，歐洲人并沒有美國人對于稀土資源那么“過分緊張”,，很多歐洲企業(yè)還是選擇了永磁同步電機(jī)的技術(shù)路線,。

　　既然說到了稀土資源，在這里給大家再提供一個(gè)冷知識,，我國和日本對于其他國家而言在稀土資源方面有著絕對的先天優(yōu)勢,。我國擁有全球70%的稀土資源，釹鐵硼磁性材料的總產(chǎn)量達(dá)到全球的80%（盡管高端釹鐵硼產(chǎn)量有限）,。日本則是稀土產(chǎn)業(yè)的大國,，世界銷量前三的釹鐵硼公司：住友特殊金屬公司、新越化學(xué)實(shí)業(yè)公司和TDK集團(tuán)都是日本公司,，其實(shí)力可見一斑,。所以，在中國品牌和日本品牌的純電動(dòng)車型上使用永磁同步電機(jī)可以說是件稀松平常的事情,。

　　不過,，目前有消息表明特斯拉也開始向永磁同步電機(jī)的技術(shù)路線轉(zhuǎn)變了。之前曾有海外媒體稱在對話特斯拉電機(jī)設(shè)計(jì)師Konstantinos Laskaris時(shí)他透露,，特斯拉MODEL 3車型將放棄使用感應(yīng)異步電機(jī)而改為使用永磁同步電機(jī),。按常理來看，這是特斯拉“迷途知返”,，為了提高電機(jī)的能量轉(zhuǎn)換效率,、降低能耗、增加續(xù)航里程而改變了技術(shù)路線。但還有一個(gè)原因也可能是導(dǎo)致特斯拉改變技術(shù)路線的導(dǎo)火索,。

● 花邊舊聞：特斯拉曾吃“排放超標(biāo)”罰單

　　大家是否還記得在2016年的時(shí)候,，一個(gè)有著“花園城市”之稱的東南亞國家，為特斯拉開具了第一張“碳排放超標(biāo)”罰單,。就憑借這一紙罰單,，就讓特斯拉車主繳納了折合人民幣約7萬元的罰金。說來也是奇怪,，作為低碳環(huán)保零污染的純電動(dòng)車怎么會在新加坡攤上了“排放超標(biāo)”的罪名了呢,？

　　當(dāng)時(shí)的情況是這樣的，被處罰的特斯拉Model S在接受新加坡政府車輛碳排放標(biāo)準(zhǔn)檢測時(shí),，被告知該車每公里要消耗444Wh電量（44.4kWh/100km）,，而新加坡的相關(guān)規(guī)定，對于所有電動(dòng)車輛,，電能源消耗標(biāo)準(zhǔn)是0.5g/Wh二氧化碳，換算下來,，當(dāng)時(shí)那輛Model S二氧化碳排放量為每公里222g,，而一個(gè)百公里耗油7L的普通燃油車的碳排放量是189g，所以判定特斯拉屬于超標(biāo)排放,。但是這一案例在全球的純電動(dòng)車領(lǐng)域可以說是被吵的沸沸揚(yáng)揚(yáng),，特斯拉CEO馬斯克還就此事向新加坡政府討過公道，但有真實(shí)數(shù)據(jù)為證,，也只能乖乖受罰,。但罰金馬斯克有沒有贊助那位Model S車主，這就不得而知了,。

　　有了這樣的慘痛教訓(xùn),，特斯拉便開始走上了“節(jié)能減排”之路，比如優(yōu)化電控系統(tǒng)控制邏輯,，以降低能耗水平等,。不過，到了Model 3上,，也可能是由于車型更小的原因,，加上世界各國對低能耗的要求也越來越高。這也就導(dǎo)致Model 3將使用永磁同步電機(jī)的消息從特斯拉內(nèi)部傳出,。

全文總結(jié)：

　　其實(shí),，永磁同步電機(jī)和感應(yīng)異步電機(jī)在純電動(dòng)車領(lǐng)域是兩大主要技術(shù)方向，并不能泛泛的評論誰好誰壞,，還是要看使用場景和車輛的設(shè)計(jì)初衷,。在同等功率條件下，永磁同步電機(jī)的體積更小、效率更高,，比較適合路況復(fù)雜,、頻繁起停的工作環(huán)境；而感應(yīng)異步電機(jī),，成本相對較低,，收環(huán)境溫度變化影響較小，更適合高速路段行駛的工況,，可以說兩種電機(jī)各有千秋,。而隨著永磁材料技術(shù)的不斷進(jìn)步，永磁同步電機(jī)在高轉(zhuǎn)速方面也逐漸有了突破,，目前可以達(dá)到16000rpm甚至更高,。而且在一些國家的法規(guī)面前，車企不得不想方設(shè)法去降低能耗,，以滿足當(dāng)?shù)卣�策的要��,。所以，由此可見,，在乘用車上,，無論是家用車還是性能車，在沒有更新,、更高效的技術(shù)出現(xiàn)之前,，動(dòng)力系統(tǒng)上應(yīng)用永磁同步電機(jī)將會是一個(gè)大趨勢。（文/圖 汽車之家 許博）