特斯拉Model X转用永磁电机的背后,有哪些原因?

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特斯拉Model X转用永磁电机,是永磁电机技术进步的必然结果。

由于存在高温退磁等弊端,永磁电机在起初难以适应超高性能电动汽车的需要,特斯拉Model X 采用了交感电机。国内电动汽车对超高性能的要求较低,所以普遍采用了永磁电机的路线,也有个别追求超高性能的电动汽车厂家追随特斯拉的路线。

交感电机虽然有高性能,但效率很难再有提升。在城市交通拥堵,汽车时停时走的情况下,永磁电动机的效率更是远远高于交流感应电动机。

因此,克服永磁电机的缺点,提高电机的效率是业界研究和攻克的难点。

2017年,Model 3上市,采用的永磁电机是开关磁阻电机,其对传统开关磁阻电机做了创新性的改良:在定子加入少量稀土,并设计了控制算法来平滑扭矩波动,最终提高了电机输出功率。同等情况下,永磁电机单次充电续航里程能够增加几十公里。

2019年3月份,比亚迪采用永磁同步电机的全新一代唐EV的上市,该电机采取水冷路线,取得了不错的性能。4月份,特斯拉放出了将为下一代ModelX/S升级永磁电机的消息,其升级的电机就是model 3上面的开关磁阻电机。


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由于交流感应式异步电机和永磁同步电机的原理和结构不同,所以二者的优势也有区别,只不过永磁同步电机的优势更强一些。比亚迪第三代永磁同步电机来说,高效节能是肯定的,因励磁磁场由永磁体提供,永磁转子不需要励磁,效率可高达90%以上。与异步电机相比,高效率运行转速范围宽,节能显著。尤其在低转速运行时,优势更加明显。其次,体积小重量轻,高性能的超强永磁材料的应用,使得永磁电机体积和重量大幅减小,功率密度至少为普通交流异步电机的1.5倍以上。温度低也是一点,永磁同步电机转子无电励磁,这意味着无损耗发热,因此,永磁同步电机一般温升很低。最后是调速性好,在转子磁极对数一定的情况下,永磁电机转速只受电路频率影响,因此调速性能更强。并且具有宽调速特点,调速的范围高,在低速运行时的稳速精度较高。所以唐EV兼顾百公里4.4s的动力性能和600km的长续航,因此毛豆3在替换了电机后,效率提升6%,可不是开玩笑的。


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科普一下,永磁转子虽然效率高,但要首先解决高温退磁问题,需要从研发初期,就能建立精准的热模型,通过完备的监测和保护措施维持电机的适宜工作温度。这一点比亚迪第三代永磁同步电机有一套成熟的解决方案,把定子与冷却水路用一体化的设计方案,通过冷却液的循环带走了大部分热量。同时,高速转子除采用超薄硅钢片降低涡流发热以外,也设计了专门的轴向风道,在运行过程中带走转子中心的热量。比如唐EV的电机,最高15000rpm的转速能力可以充分利用传动比,实现更快的车速,并降低每一圈的转子负荷。集成化的永磁同步电机提高了性能还减轻了自身重量,同时缩小体积摆脱车身的布局束缚。高转速也对结构强度和技术能力提出了更高要求。比亚迪第三代永磁同步电机也针对高转速工况进行了优化设计,使用四段斜极超薄硅钢片叠压转子,降低扭矩波动,磁体与定子之间的间隙更小,降低高速弱磁化对动力和效率的不良影响。闻道有先后,现在才开始调整技术路线的特斯拉要抓紧了。


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永磁同步电机是趋势,这一点是肯定的,特斯拉换电机无可厚非。但实际应用在车上,看的还是整个电驱系统的集成度。这一点唐EV的电机、控制器、减速器三合一设计,使重量下降35%,功率密度提升40%,电机成本下降40%,电机最高效率高达96%,NEDC综合效率高达94%,三合一电驱动系统实验数据最高效率91.9%,电机最高转速提升至每分钟15000转,可靠性和匹配性也大大提升,其实无论是一直坚持永磁同步电机路线的比亚迪,还是近期加入永磁同步电机阵营的特斯拉,在汽车能源结构调整的下半场,纯电汽车的产品力已经开始超越燃油车,才是消费者喜闻乐见的。


汽车领悟


据我的了解,其实不论是全新一代唐EV的第三代永磁同步电机也好,还是特斯拉从异步更换永磁同步电机也罢,趋势明显并不代表技术实力强悍。因为把永磁同步电机做到高性能并不简单。在e平台最新技术下,比亚迪用最高的集成度实现了驱动三合一,还率覆盖了从40kW至180kW多种电机型号,来匹配不同的产品,可见比亚迪的技术掌握能力。同时,比亚迪支持双电机架构,增强动力输出。在全新一代唐EV上,通过前后双电机的配置,实现了最大输出功率360kW,最大扭矩660牛·米,达到了传统汽车V8级的动力性能。所以说,唐EV的动力性能好是得益于永磁同步电机,所以特斯拉选择更换异步,转向同步没毛病。