动力可以干特斯拉?日产和宝马押宝的电机有多厉害

2022-10-18
XCP迟东宁

前不久日产ARIYA艾睿雅发布,会后日产的新闻稿我横竖看了800遍,我始终觉得这个电机的名字看着眼熟,却又不完全眼熟……

只有日产和宝马押宝的这款电机究竟有多厉害

日产艾睿雅采用电机是一款叫“励磁同步电机”的东西,这个名字跟以前我们常见的交流异步电机和永磁同步电机的名字听起来相似,但是事实上他们并不是同一种类型的产品,而且目前用到这个类型的电机的车企不算多,我统计了一下,足足有2家,分别是日产和宝马。

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而且从宣传上来看,搭载励磁同步电机无一例外,车企宣传的都是更偏向于性能优势,就拿宝马i3和iX3来说,单电机功率可以达到210kW,而偏向家用取向的日产艾睿雅两驱版车型则保守一点,单电机也有178kW的功率。没错,这款励磁同步电机的其中一大优势就是在于动力性能上,我们这个视频就着重分析一下,为什么励磁同步电机的动力性能更有优势。

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“励磁同步电机”与交流异步电机相似,都有较好的动力性,同时还具有与永磁同步电机相近的效率水平,也就自然会成为以上我们说的这两大主流电机外,一些大车企会选择的电机类型。

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励磁同步电机其实是结合了交流异步电机和永磁同步电机的一些特性的电机类型。在我们熟知的永磁同步电机内部,其转子与交流异步电机最大的不同是采用了永磁体作为主要原料,而在交流异步电机中,转子中没有永磁体,而是采用转子铁芯和转子绕组组成。

也就是说交流异步电机的转子本身并不具有磁场,所以转子在工作的时候需要进行“励磁”来使其产生磁场,根据电生磁原理,也就是通过某些手段“励磁”使其转子带电,产生转子磁场,于是当定子磁场旋转的时候,便能带动转子旋转。而励磁同步电机的转子则是与交流异步电机一样,采用了不带永磁体的材料,在工作的时候,它与交流异步电机一样也需要进行“励磁”。

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(三相异步电动机结构)

在励磁方式上,励磁同步电机与交流异步电机相似,但是在转子相对定子磁场旋转的方式上,励磁同步电机又与永磁同步电机相同。也就是其定子绕组三相电流所产生的旋转磁场的转速,与转子旋转的转速是完全相同的。所以简单点来说,励磁同步电机就是通过励磁来使得转子具备磁场,同时转子的旋转速度与定子旋转磁场的速度相同。

那这对动力性有什么帮助呢?

励磁电机非常重要的一点就是“励磁”是可控的,而永磁体的磁场是不可控的。这里涉及了一个比较复杂的原理,那就是弱磁控制。也就是当电机在额定转速以上的恒功率区工作的时候,转子会产生较大的反电动势,如果反电动势持续增加,则会导致绕组上无法产生有效的电压差,所以为了继续提升转速,就需要控制反电动势的上升趋势。

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但是永磁同步电机的励磁是通过永磁体产生天然磁场,是磁体的固有属性,而这个磁场强度也决定了电机的转速上限,如果需要超过额定转速运转,则需要进行“弱磁”。“弱磁”顾名思义,即减弱或相对减弱永磁体的这种固有属性,这个控制比较复杂我们就不多赘述,但是要知道的是,对于永磁同步电机的永磁体的弱磁控制是需要消耗一定的能量。

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励磁电机则不同,因为上面我们也提到,因为是励磁,所以它的磁场是可控的,在电励磁的电机调速过程中,可以通过调节励磁电流而改变主磁通,在满足电机电压平衡的前提下来使得电机获取宽范围调速。这也导致了励磁电机具有更好的负载兼容能力,也就是对于在大负载运行的时候,通过增强磁场,可以产生更大的动力转矩;对于轻负载运行,可以减小励磁电流,降低励磁损耗。

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由于励磁电流可控,在全速域范围内电励磁电机均能产生较大的输出转矩,获得饱满的动态加减速特性,尤其是对于中高速运行区间更为明显。

因为转子励磁电流可控的原理,所以励磁同步电机在动力性方面表现出了比永磁同步电机更大的优势,而且除了在动力方面,励磁同步电机在成本控制、平衡性能与能耗方面都有着非常大的优势,所以在未来,励磁同步电机或许会是更多车企会去选择的类型。

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