感應/永磁電機兩兄弟 為何國內車企偏愛永磁電動機?

我們生活中大小家電中都有電動機的存在，電動機是工業必不可少的機器，由於人們平常接觸的電動機比較多，所以對於電動機的研究要比發電機多得多，對電動機分類也詳細的多。大體上電機可以按照按工作電源、結構及工作原理、起動與運行方式的不同以及用途的不同來分類。其中適合於新能源汽車的驅動的電機主要有永磁同步電機、感應電機和開關磁阻電機三大類。在此，我們先用一張圖來概括一下按結構及工作原理方法歸類的電機。

按結構及工作原理方法歸類的「電機族譜」

什麼是感應電機/永磁電機？

感應電機就是咱們經常說的交流異步電動機，它是一種由定子繞組之後形成的旋轉磁場與轉子繞組中感應電流的磁場互相發生物理作用之後產生電磁轉矩驅動帶動子旋轉的一種電動機類型。而永磁電機主要是指永磁同步電動機。

感應電機（交流異步電動機）

首先，感應電動機中由於轉子總是在「追趕」定子旋轉磁場的轉速，並且為了能夠切割磁感應線而產生感應電流，轉子的轉速總要比定子旋轉磁場的轉速慢一點點，也就是異步運行，所以才將這種產生感應電流的電動機稱為交流異步電動機。正是因為異步，所以產生了轉差，轉差使轉子上的導體產生電流，從而在磁場中受力轉動。也是因為這個原因，其控制起來會稍複雜一些。但是感應電機就是由線圈和轉子鐵芯組成，所以價格便宜，過載能力強，皮實耐用的同時性能卓越。

永磁同步電機

談及永磁同步電動機，字面上可能更好理解，所謂永磁，是指在製造電機轉子時加入永磁體，使電機的性能得到進一步的提升。此前磁鐵性能不好，但是「萬磁王」高磁性能釹鐵硼在控制算法下的穩定性能和廣泛應用，增加了永磁體的可靠性與穩定性，可以較好地減少退磁現象的發生。而所謂同步，則指的是轉子的轉速與定子繞組的電流頻率始終保持一致。

稀土永磁部件

如果轉子繞組中的電流不是由定子旋轉磁場感應的，而是自己產生的，則轉子磁場與定子旋轉磁場無關，而且其磁極方向是固定的，那麼根據同性相斥、異性相吸的原理，定子的旋轉磁場就會拉動轉子旋轉，並且使轉子磁場及轉子與定子旋轉磁場「同步」旋轉。這就是同步電動機的工作原理。毫無疑問，同步自然控制起來更方便一點。

為何國內車企偏愛永磁電動機？

為了能讓大家更加簡潔明了 get 到這兩種電動機各自的特點，我們匯總了相關知識點製成表格供您參考。用最概括的說法來描述便是，感應電機會更加適用於高性能高速的工況，而永磁同步電機則更適用於頻繁啟停的工況。

如果比較關注國內新能源汽車的小夥伴們可能會有這麼一個印象，就是歐美比較喜歡使用感應電機，而國內的大多數廠家喜歡採用永磁同步電機。來自大洋彼岸的特斯拉 Model S 與 Model X 就是最好的例子，但國內的蔚來 ES8 與江鈴 E200S 這兩款車同樣搭載感應（交流異步）電機，除此之外，很難覓得感應電機陣營的車型了。例如比亞迪秦 EV、宋 EV、吉利帝豪 EV、榮威 ERX5、寶馬 i3 等大部分純電動車都是搭載永磁同步電機。

使用感應（交流異步）電機的蔚來 ES8

結合上面的表格，永磁同步電機目前佔據大半壁江山的原因似乎很簡單，在大體相同的技術水平下，永磁同步電機除了弱磁控制以外，無論轉矩密度、功率密度還是效率都比感應電機表現要好，從而可以提高能源效率，增加續航裡程，這無疑直擊當下純電動車的最大痛點。同時，永磁同步電機在瞬態仍然可以保證 95% 左右較高效率，加上體積小，重量輕，因此適用於頻繁起停的工況以及較小的乘用車布置空間。此外，永磁電機不需要感應電機那般的高效和複雜的冷卻系統，這有利於整車的設計製造。

而且既然現在以市場導向為主，國內許多品牌之間的電機其實是沒有區別的，除了特斯拉、比亞迪、榮威擁有自己的電機，其它廠家暫時都是選擇供應商提供的電機，所以再渠道方面是比較單一的。

此外，除了上述技術市場的部分因素，還有一大原因不容忽視，上文提到的永磁同步電機所需要的釹鐵硼等永磁材料是重要的稀土資源，對於稀土資源缺少或稀土工業不發達的國家而言，這就非常尷尬了，我們知道，車用動力電機的技術資源是與是一個國家的核心競爭力，相關周邊均不輕易外傳。我國擁有全球 70% 的稀土資源，釹鐵硼磁性材料的總產量達到全球的 80%。由於國內稀土資源這一大優勢，選擇高效率的永磁同步電機似乎是水到渠成的事。而日本則是稀土產業的大國，但對於歐美車企來說若想用永磁同步電機勢必要考慮進口稀土的供應保障等一系列因素。

稀土礦 稀土是是化學周期表中鑭系元素和鈧、釔共十七種金屬元素的總稱

感應電機與永磁電機沒有確切優劣之分

雖然永磁同步電機的市場所佔比例很大，就是否說明感應電機不如永磁同步電機呢？答案是否定的。 從目前技術優勢來看，永磁同步電動機成為主流實至名歸。值得注意的是，儘管在重量和體積方面，感應（交流異步）電動機並不佔優勢，但其轉速範圍廣、成本低、工藝簡單、運行可靠耐用。至於重量對續航裡程的影響，如果未來電池續航裡程大幅增加、感應電機體積優化做得好，或許會更有底氣與永磁電機在市場表現上一爭高下。

可以說當下站在純電動車「金字塔」頂端的特斯拉 Model S 與 Model X 目前還是在使用感應電機，因為感應電機的功率更大，容易實現更快的百公裡加速，在長時間大功率高溫下持續運轉時，同時也不會出現退磁現象。而蔚來要造高性能電動車，自然就選了和特斯拉一樣的感應（交流異步）電機。

特斯拉 Model S 與 Model 3

雖然感應電機成本低，但特斯拉所考量的也不是為了省錢。值得一提的是，尼古拉·特斯拉作為電力祖師爺級別人物，發明了三相交流電（動力電）與三相交流異步電機，也就是特斯拉汽車的動力心臟的鼻祖。現在的特斯拉汽車以此命名，其實就是向這位傑出科學家致敬，特斯拉早期的產品使用感應（交流異步）電機，主要還是是為了性能，而且他們對自家的電池管理系統（BMS）有足夠的自信，並且早期在海外，特斯拉掌握的永磁同步的技術還沒到位，外加當時初創的技術團隊比較擅長感應電機，再加上產品定位上是跑車，所以順水推舟選擇了感應電機。

感應電動機通常多呈鼠籠狀。由科學家尼古拉·特斯拉於 1887 年發明

很有意思的是，特斯拉最新推出的中型車 Model 3 改用了永磁電機。因為 Model 3 底盤比 Model S 小，即便使用了能量密度更高的2170 電池，總能量依然低於 Model S，必須通過提高效率的方式才能延長續航。也正是使用了永磁同步電機，Model 3 以 75kWh 的電池容量在續航上追平了 100kWh 的 Model S 100D。到了 Model 3 ，另外，不可否認的是，因為平臺結構的關係，Model 3 沒有辦法去安裝體積較大的感應（交流異步）電機。

美國特斯拉工廠

總的來說，永磁同步電機對比感應電機，它們各自都具有明顯的優勢。不過，目前純電動車的續航裡程勢必是一項及其重要的指標，永磁同步電機的高效率能更好地提高續航裡程。而且高耐熱性、高磁性能釹鐵硼永磁體的成功開發以及電力電子元件的進一步發展和改進，使稀土永磁同步電機的發展進一步完善。但就現在的發展趨勢看，永磁同步電機似乎前景更好。

然而，像特斯拉在感應（交流異步）電機銅芯轉子的技術上的技術突破也讓此類電機在效率方面有較大優勢，同時獲得了低成本、高效率的雙贏，再例如，隨著交流調速系統的發展，目前適用於寬調速的異步電機的調速性能及經濟性已可與直流電機相媲美。

不得不說，在技術水平快速迭代的當下，純電動車的動力電池技術若取得重大突破，交流異步電機也有平分天下的可能。不過正所謂長江後浪推前浪，現在廣泛運用於商用車上的開關磁阻電機（SRM）是一種極具發展潛力的電機，其優缺點鮮明，但是瑕不掩瑜，如果能改善扭矩波動，從而有可能完美代替異步及永磁同步電機。

整車製造需要多方面協同考量

新出行點評：

我們現在討論的感應（交流異步）電機與永磁同步電機之時，孰優孰劣尚無定論，它們各有所長，按需選用即可。需要明確的是，在實際電動車驅動系統設計的時候選擇哪一個方案或者哪一類零部件，往往不是只因為單個零部件的優劣來做決策，而需要結合電池管理系統等因素並且上升到整車的層面來做整體系統層面的分析。這是零部件工程師和系統全局工程師共同工作成果的結晶。