永磁同步电机和感应异步电机特点和区别

2024-03-22 02:32:56 | 人围观 | 评论:

在燃油车时代，我们会高度关注发动机和变速箱的动力组合。
进入到电驱化时代，虽然大家还是会关心车辆的三电系统，但似乎关注度远不如内燃机时代了，并且关注的重点，好像也由电机转换为了电池。
三电系统重要吗？小编还是想首先和大家分享一下对于三电系统价值的认识。
虽然以下的类比可能并不准确，但从某种意义上来讲，电动车拥有的电机、电控、电池还是可以和燃油车拥有的发动机、变速箱、油箱对号入座的。电机和发动机都起到输出动力的作用，电控和变速箱用来梳理动力、调整动力的输出，电池和油箱则起到了保证能源供应的作用。所以，单从影响车辆的驾控乘坐体验而言，电动机和发动机一样，仍然是动力系统中最为核心的部分。
当然，必须承认的是，大家对于电机的关注度显然是要明显低于发动机的，小编认为产生这种差异主要原因是因为电动机之间的差异确实没有发动机之间那样巨大。在内燃机时代，我们拥有4缸、6缸、8缸、10缸、12缸的发动机，有直列、水平对置、V型、W型的气缸排列方式，还有自然吸气、废气涡轮增压、机械增压甚至电动涡轮增压等等周边技术。而在电动机中，我们最常听到的似乎就只有两个名词，永磁同步电机和感应异步电机。
永磁同步电机和感应异步电机特点是什么？
电机的基本工作原理是比较简单，具备一些物理学基础知识的同学都可以理解。在工业领域，电机已经在200年的时间内得到了广泛的应用，在汽车行业的应用也不例外。在近十年的时间内，结合车用电动机的需求特点，永磁同步电机和感应异步电机成为了目前大部分电动车的选择。
下面小编试着以最简单的方式来解释一下永磁同步电机和感应异步电机的区别以及特点。首先，永磁同步电机和感应异步电机都有定子和转子两个部分，通过它们的名字就可以比较好的理解两者的区别。定子可以简单理解为电机的外壳，是外面不动的那一圈，里面转动能够输出动力的部分则为转子。结合我们日常生活中看到过的电机，定子和转子是比较好理解的。电机之所以能够驱动车辆前进，是因为当定子通电、转子拥有磁场后，它们之间的相互感应就会让转子产生旋转的力。
而永磁同步电机和感应异步电机的核心差异就在于怎样让中间的转子部分拥有磁场的。永磁同步电机采用的方式是直接用磁铁做转子，从而使得转子自带磁场。感应异步电机则是先用导线做成转子，当导线内拥有电流后，转子也就拥有了磁场。
明确了结构上的差异，它们各自性能上的特点就比较好理解了。在能耗方面，永磁同步电机由于转子不需要耗电自带磁场，电力只供应给定子就可以，所以相比转子定子同时耗电的感应异步电机更加省电。感应异步电机由于不受到永磁体安装以及物理特性的限制，会在高转速区间拥有更好的表现。两者具体的差异，可以参考下方的表格。

总结来说，在使用效果上，永磁同步电机和感应异步电机是特性完全相反的两个极端。如果类比发动机的话，永磁同步电机更像是1.6L排量的4缸自然吸气发动机，节能小巧，但是功率不足，不适合高速行驶。而感应异步电机则更像是排量超过6.0L的美式8缸涡轮增压发动机，动力强劲但暴躁不可控，费油，体积大，重量大。
所以结合以上特点，在强调实用性的家用车中，基本使用永磁同步电机，在强调动力表现的性能车型中，基本使用感应异步电机。而在部分需要两者兼顾的车型中，则会使用永磁同步电机和感应异步电机搭配使用的方案。
这似乎听起来已经很完美了，但其实有两个难以克服的问题。第一，毕竟大多数家用车受限于成本只会采用永磁同步电机的单电机布局，这会导致车辆的中高速再加速性能较差。如果大家有过驾驶单永磁同步电机车型上高速的经验，一定能够理解什么是80kM/h时速之后的超佛系加速。第二，对于采用永磁同步搭配感应异步的双电机车型来说，其实两台电机的发力区间是很难重合，同时想要协调控制两台发动机的出力也是相当困难的。这就像我们买了一件西服上衣和一条运动裤子，表面上是花钱买了一套衣服，但实际很难把它们同时穿出门。所以，日产要思考的是，有没有两者兼顾的解决方案？而答案就是电励磁同步电机。

电励磁电机为什么是更好的选择？
从上文的内容中我们可以理解，永磁同步电机的主要缺点是因为永磁石的物理特性导致的高速性能不佳，而感应异步电机的主要缺点是由于转子内电流依靠被动感应产生且不可控，能耗表现较差。
所以，如果我们能够通过控制电流的大小而在转子内产生可控的磁场，在低输出工况下，减小转子内的电流，达到节能的目的，在高输出模式下，增大转子内的电流，保证电机的输出功率和高转速表现，就能比较好的兼顾两者的优点而屏蔽掉两者的缺点。而最终的解决方案，就是日产自研的电励磁同步电机了。

在实际应用过程中，以上市不久的日产ARIYA艾睿雅车型为例。电励磁同步电机的应用，可以保证ARIYA在超过100km/h后依然拥有非常出色的再加速能力。而在ARIYA艾睿雅的四驱车型中，由于电励磁电机同样拥有出色的低速节能表现和高速的动力输出，使得车辆可以在前后桥布置两台完全相同的电励磁同步电机，从而保证动力系统优秀的可控性以及车辆驾控表现。ARIYA艾睿雅所采用的e-4ORCE四驱技术的出色表现和电励磁同步电机应用也是分不开的。

在日产电驱化整体技术框架下，全自研的平台、三电以及周边技术是一个更加高效有机的整体，从而起到“1+1>2”的效果。
电控篇
电控和电机紧密相关的电控部分，只有电机电控相互完美配合，才能最终呈现出色的驾控乘坐体验。
电动机的缺点和优点一样突出
电动机平顺、安静、响应速度快，以上都是我们能快速理解的优点，这些优点都是由于电动机和内燃机构造上的差异决定的。而要说到大家不太熟悉的电动机的缺点，其实也是由于电动机的先天结构造成的。
首先是响应速度快的负面产物，就是动力输出过于突兀。对于玩过赛车电子游戏的朋友，可能更能体会这种差异，如果说汽油车更像是用赛车模拟器的中的油门来控制车辆，那么电动车就更像是用键盘来控制车辆。
相比燃油车，电动机的扭矩是瞬间建立的，且中间不会经历液力变扭器等扭矩传递缓冲装置，而是直接依靠齿轮传递给车轮。
举一些我们平时生活中的例子，很多人都骑过的电动自行车，骑行起来之后是非常平稳的，但是就是起步那一瞬间，其实是很突兀很难控制的，尤其是对于第一次骑电动自行车的人，容易被吓一跳。还比如大家都玩过的电动遥控车，想要低速稳定的控制一辆遥控车，也是比较难的。造成这些问题的原因，都是由于电机本身的特点决定的。
其次，电动机不只是一台“发动机”，同时还是一套“制动系统”。这种电动机天然的反拖制动属性，好的一面是可以实现动能回收提高续航里程，但是负面影响也是不可避免的，就是容易在减速过程中造成车辆的不平稳。
以上问题的带来的最明显的体现，就是相比燃油车，很多人乘坐电动车会更加容易晕车。电动机起步就是最大扭矩，刹车带有动能回收，瞬间的提速和减速给人的刺激较大，人被晃来晃去非常不舒服，此时人体的平衡系统和视觉系统就会做出反应，如果不能适应就会产生眩晕感。
电控和核心是精度
所以相比让车辆达到更快的加速时间，电控系统更有价值的地方其实是在于帮助驾驶员更加从容稳定的控制车辆，更好的驯服车内的动力“猛兽”。
在这其中最为重要的，也是最大的难点，就是控制精度，也可以讲叫做以快治快。因为电动机本身的响应快，动力强，所以就要通过更快速的电控调节速度来控制电动机完成更稳定的出力。在最新上市的日产云图纯电平台首款电动车ARIYA艾睿雅上搭载的电控系统，已经可以实现1/10000秒的超高控制精度。作为对比，人眨一次眼的速度是0.3秒。
电控精度是技术指标，更为重要的是实际疗效。以小编实际试驾ARIYA艾睿雅的感受而言，ARIYA艾睿雅的电门脚感是非常细腻精准的，电门开度的变化都会迅速反应到车辆的动态上。另一方面，这种反馈又不会过于突出，似乎会经过一层过滤，甚至会有一些6缸发动机加CVT变速箱那种比较柔润顺滑的感觉。
如文章开头所说，如果说电控系统在性能指标上还分个高低，但其实在调教手法上，并没有绝对的优劣之分。日产在电动车方面的调教，依然坚持了日产品牌车辆的整体风格，更加注重车辆的平衡性以及在舒适度层面的表现，这种驾控感受和市面很多的电动车是不同的。如果您还没有找到自己最心仪的那个选择，不妨来体验一下日产精神在一辆纯电车型上是如何体现的。
编辑：黄飞
 

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