開(kāi)聊電動(dòng)汽車-電機(jī)篇

現(xiàn)在這年景，許是真的像魯迅先生筆下那位“九斤老太”說(shuō)的：一代不如一代了。曾幾何時(shí)，相聲、脫口秀、喜劇人搞得熱火朝天，只要是能讓人笑出來(lái)的節(jié)目，人們就愿意掏大價(jià)錢買樂(lè)。

由此也拉開(kāi)了轟轟烈烈的造富運(yùn)動(dòng)。在這場(chǎng)運(yùn)動(dòng)中，最是賺得盆缽盈滿的當(dāng)屬那位“舉頭望明月”的郭德綱。雖然有一次他在節(jié)目里說(shuō)過(guò)自己“不止十幾億身價(jià)”，但仍然一直謙虛地說(shuō)自己只是相聲界的一名小學(xué)生。

和郭德綱先生的謙虛相比，國(guó)內(nèi)造車新勢(shì)力那股子敢把牛皮吹破天的勁兒，就顯得格外扎眼了。

1、百公里加速

這幾年來(lái)，各路造車新勢(shì)力、自主品牌、傳統(tǒng)巨頭紛紛殺入智能電動(dòng)汽車這個(gè)領(lǐng)域，你方唱罷我登場(chǎng)，一個(gè)個(gè)擼起袖子加油干，頗有一種天地轉(zhuǎn)光陰迫，一萬(wàn)年太久只爭(zhēng)朝夕的既視感。

這些電動(dòng)汽車的新秀們，膽子肥，干勁足，同時(shí)也臉皮壯，吹起牛來(lái)個(gè)頂個(gè)地不遑多讓。

每每發(fā)布一款要和諸多小白鼠車主一起打磨、靠后期OTA打補(bǔ)丁的新車時(shí)，都會(huì)拿出百公里加速這個(gè)指標(biāo)來(lái)，彰顯自己的屌炸天。

不知道從什么時(shí)候開(kāi)始，電動(dòng)車的百公里加速基本都在四秒以下了。更激進(jìn)的，蔚來(lái)EP9百公里加速2.7秒。特斯拉roadster2百公里加速1.9秒。

要知道，在內(nèi)燃機(jī)時(shí)代，超級(jí)跑車百公里加速能夠進(jìn)入3秒內(nèi)，都相當(dāng)了不得了。比如百公里加速2.5秒的布加迪威航，2.8秒的蘭博基尼V12超級(jí)跑車，各個(gè)用的都是汽車界最頂尖的發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)，為了把風(fēng)阻降低，車內(nèi)空間已經(jīng)被擠壓得令人發(fā)指了。

但是，且慢，這些沒(méi)什么技術(shù)底蘊(yùn)的新勢(shì)力們搞出來(lái)的車，竟能秒殺有著百年積淀的傳統(tǒng)燃油車巨頭了？

事出反常，必有蹊蹺！各位瓜友，莫要急，莫要燥，看看下面這張圖，您就一目了然了。

這是新勢(shì)力扛把子小鵬汽車的P7和某款燃油車發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩外特性曲線對(duì)比圖?？闯鰜?lái)沒(méi)，電動(dòng)汽車之所以可以“大力出奇跡”，將你牢牢地按在座椅上，完全是電機(jī)的功勞。

因?yàn)?，牛頓老先生告訴我們：F=ma。

這個(gè)公式可謂經(jīng)典力學(xué)的靈魂。初中英語(yǔ)老師解讀為：Bigger,Stronger,Faster，星爺《功夫》里的油炸鬼則說(shuō)：能力越大，責(zé)任越大！

正是電機(jī)加速階段的恒轉(zhuǎn)矩特性，使其可以瞬間輸出大力矩，產(chǎn)生爆表的加速度，才會(huì)帶來(lái)極致的推背感，秒殺一眾內(nèi)燃機(jī)車！

各位特斯拉的友商們，不要再貪天之功了好不好？

2、電機(jī)

輕彈琴，慢煮茶，今天拉拉電機(jī)的呱！

在我們的日常生活里，空調(diào)、洗衣機(jī)、吹風(fēng)機(jī)、電風(fēng)扇、各類電動(dòng)工具，雖然我們看不到摸不著，卻哪哪都離不開(kāi)電機(jī)。

這幾年經(jīng)常有人說(shuō)起這樣的話：如果你覺(jué)得歲月靜好，那是因?yàn)橛腥嗽谔婺阖?fù)重前行。沒(méi)錯(cuò)，電機(jī)就是那個(gè)默默扛下所有、隱身幕后的英雄。

從汽車動(dòng)力總成的架構(gòu)上來(lái)看，燃油車和電動(dòng)車都是一邊吃，一邊拉，儲(chǔ)能系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)兩把抓。在電動(dòng)汽車?yán)?，?qū)動(dòng)系統(tǒng)的核心便是電機(jī)。

它就是那個(gè)先對(duì)電池包來(lái)個(gè)吸星****，再來(lái)一招乾坤大挪移，把電能轉(zhuǎn)換成動(dòng)能的無(wú)忌哥哥。

講完作用，再講原理。

電機(jī)的原理是法拉第老爺子發(fā)現(xiàn)的電磁感應(yīng)定律：電生磁，磁生電。

您可不要把它理解為中國(guó)古人常說(shuō)的蛋生雞，雞生蛋。蛋雞背后的哲學(xué)本質(zhì)是無(wú)中生萬(wàn)有，道中生萬(wàn)物，而電磁背后的哲學(xué)本質(zhì)則是電磁不可分割，永世糾纏交織的共生共滅。

電動(dòng)汽車?yán)锏碾姍C(jī)為交流電機(jī)，分享一個(gè)動(dòng)圖，大家體會(huì)一下它是怎么動(dòng)起來(lái)的。

一言以蔽之：三相定子繞組疊加產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)，吸引著轉(zhuǎn)子追著不斷旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)一直轉(zhuǎn)。

大家可以想象一頭驢在拉磨，它想磨洋工，想偷懶，主人就會(huì)在它前面掛上一根蘿卜，吸引著它，又讓它偏偏吃不著，于是，這頭傻驢就追著蘿卜轉(zhuǎn)了一圈又一圈。。。

沒(méi)錯(cuò)，定子繞組就是那根蘿卜，轉(zhuǎn)子就是那頭傻驢！

關(guān)于這三個(gè)定子繞組是怎么產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的，大家看這張動(dòng)圖時(shí)，需要同時(shí)具備“空間”和“時(shí)間”兩個(gè)視角。

從空間上來(lái)看，ABC三相繞組在360度空間上依次排開(kāi)，空間上的相位差為120度，這是一目了然的。

從時(shí)間上來(lái)看，ABC三相繞組電壓的波形在時(shí)間上相差了三分之一個(gè)周期，比如說(shuō)繞組電壓的頻率為50Hz，一個(gè)時(shí)間周期對(duì)應(yīng)20毫秒，ABC三相在時(shí)間上便是各自相差了6.67毫秒。

空間位置相差120度、時(shí)間相位相差三分之一個(gè)周期的三個(gè)正弦型的繞組電壓，合成的空間電壓矢量便是一個(gè)幅值恒定、旋轉(zhuǎn)頻率等于繞組電壓頻率的圓形軌跡。

考慮到有的瓜友想燒燒腦，在這里，筆者用一些簡(jiǎn)單的初中數(shù)學(xué)，給大家做一個(gè)推導(dǎo)。

設(shè)U_m為相電壓幅值，ω為電源頻率，則有：

那么，合成空間矢量Us(t)可以表示為：

看到了吧，合成的空間矢量的幅值為相電壓幅值的1.5倍，而且，其旋轉(zhuǎn)速度為相電壓的電源頻率，所以它的軌跡就是電機(jī)領(lǐng)域里常說(shuō)的矢量圓。就是它，一直帶著轉(zhuǎn)子愉快且平穩(wěn)地旋轉(zhuǎn)的。

插句題外話，電機(jī)有單相、雙相、三相、四相。。。為什么選擇三相，是因?yàn)槔献釉诘赖陆?jīng)里說(shuō)了：“道生一，一生二，二生三，三生萬(wàn)物。。。”

‘三’可是一個(gè)“小滿未滿、充滿了古人智慧”的好數(shù)字啊！

不過(guò)，定子合成的磁場(chǎng)在旋轉(zhuǎn)，倘若轉(zhuǎn)子沒(méi)有磁鏈，電機(jī)也照樣玩不轉(zhuǎn)。

轉(zhuǎn)子上的磁可以來(lái)自于電，也可以來(lái)自轉(zhuǎn)子的先天。在電動(dòng)汽車?yán)铮D(zhuǎn)子上纏繞組，不僅電生磁還要磁生電的，就是交流感應(yīng)電機(jī)（AICM），轉(zhuǎn)子本身帶永磁體，先天就帶著磁鏈的，便是永磁同步電機(jī)（PMSM）。

電機(jī)類型那么多，咱嘮的便是AICM和PMSM這倆嗑。

3、AICM和PMSM

交流感應(yīng)電機(jī)又叫交流異步電機(jī)。稱之“交流”，因?yàn)槎ㄗ永@組通的是“交流電”；稱之“感應(yīng)”，因?yàn)檗D(zhuǎn)子磁場(chǎng)是通過(guò)電流“感應(yīng)”而來(lái)；稱之“異步”，因?yàn)檗D(zhuǎn)速和定子通電頻率不同，兩者“異步”，有個(gè)轉(zhuǎn)差。

永磁同步電機(jī)，稱之“永磁”，因?yàn)檗D(zhuǎn)子上不纏繞組，由永磁體制成；稱之“同步”，因?yàn)檗D(zhuǎn)速和定子通電頻率相同，兩者“同步”。

這兩款電機(jī)都在電動(dòng)汽車上大放異彩。

比如蔚來(lái)ET7，它的動(dòng)力系統(tǒng)是前置永磁同步電機(jī)，最大功率180千瓦，后置感應(yīng)電機(jī)，最大功率300千瓦。特斯拉神車Model 3也是“前永磁、后感應(yīng)”的雙電機(jī)配置。

之所以這么搭檔，是因?yàn)?/span>ACIM動(dòng)力性能更強(qiáng)，PMSM效率更高，雙電機(jī)配置可以發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)。

這兩款電機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)也都比較明顯。

交流異步電機(jī)定轉(zhuǎn)子均由硅鋼片疊壓而成，皮實(shí)抗造，價(jià)格低廉，繞組銅線耐高溫，從而高速性能顯著，但由于轉(zhuǎn)子繞組需要電勵(lì)磁，所以效率較低。永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子不用繞組勵(lì)磁，效率較高，但永磁體的成本高，且不耐高溫，容易出現(xiàn)高溫退磁，電機(jī)穩(wěn)定性較差。

綜合來(lái)看，永磁電機(jī)效率高，能保證更長(zhǎng)的續(xù)航，但成本高，所以整體功率占比較低；感應(yīng)電機(jī)成本低，整體功率占比較高，同時(shí)它耐高溫，能保證更強(qiáng)的性能表現(xiàn)。

頭幾年，特斯拉還只用交流感應(yīng)電機(jī)的時(shí)候，還能聽(tīng)到永磁同步電機(jī)和交流感應(yīng)電機(jī)之爭(zhēng)，以及稀土永磁供應(yīng)鏈的陰謀論，現(xiàn)在大家的中高端車型都用雙電機(jī)了，ACIM+PMSM成了行業(yè)標(biāo)配，這方面的爭(zhēng)論也就淡下來(lái)了。

目前，車用電機(jī)的主要發(fā)展趨勢(shì)是扁線、油冷技術(shù)、碳化硅控制器。

扁線技術(shù)是在繞組上用扁線取代圓線，在相同的空間內(nèi)便可以塞下更多根電線，從而提高功率密度。

油冷技術(shù)為大功率散熱而生，在定子疊片上設(shè)計(jì)出油孔，向繞組上不斷噴油帶走高溫。水冷？想想永磁電機(jī)的高溫退磁。

碳化硅控制器則是為了應(yīng)對(duì)高速轉(zhuǎn)動(dòng)而生的。據(jù)說(shuō)，IGBT的開(kāi)關(guān)頻率快要不足以支撐地表最強(qiáng)電機(jī)的高轉(zhuǎn)速了。。。。

電機(jī)的嗑還能再嘮一大車，有機(jī)會(huì)再跟大家慢慢說(shuō)！

文：蘭陵笑笑生