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科普新型开关磁阻电机,蔚来正在研发,让电动车成本大幅降低

就像燃油车的三大件,电动车的电机也属于重要一环,目前电池带来的续航能力是消费者关注的重点,电机似乎“不值一提”,其实电机的效率也可以改变能耗,电机的成本直接关系到电动车的终端售价,电机主要分为永磁同步、交流异步、开关磁阻三大流派,目前永磁同步占据主流,交流异步用在一些高性能车上,新型开关磁阻则是一些厂家的研发方向,这种电机有何优缺点?未来会取代永磁同步吗?下面我们来详细分析。

开关磁阻电机的工作原理

传统的永磁同步电机在转子上部署昂贵的永磁体,转子和定子是电机的核心组成部分,定子上面的电枢磁场,吸着转子上面永磁体产生的固定磁场转,简单来说就是根据磁场“异性相吸”原理,外面一个旋转的磁场(铜丝通电产生)吸引着里面恒定的磁场(稀土永磁体)转,转动形成了动力,驱动车辆

磁阻电机具有类似的功能。然而,并不是基于两个相互作用的磁场,而是只有一个磁场。就像大家小学玩过的磁铁,当用磁铁靠近铁时,两者之间也会产生吸引力,如果用一块精炼的钢材制作电动机的转子,但保留定子中现有的电磁铁,当电磁铁以正确的顺序打开和关闭时,它们会诱使钢制的转子转动。这其实就是磁阻电机的工作原理,相当简单,电磁铁按顺序打开和关闭来让转子旋转,因此称为“开关磁阻电机”。

开关磁阻电机的优势是什么?为何可以降低电动车成本

磁阻电机于1838年发明,设计简单、高效、尺寸紧凑。而且,它的生产成本低廉。但几十年过去,这种电机并没有被大规模使用,这是因为其患有一种叫做扭矩波动的衰弱性疾病(由于磁阻电机容易产生一种称为齿槽效应的现象). 扭矩脉动简单的说就是磁阻电机的功率输出上下波动。当然对电动车不利,谁都不希望踩下油门,动力时而充沛,时而匮乏,难以掌控。

磁阻电机需要控制转速、确定转子位置等,在没有电脑的时代难以控制,但现代逆变器和控制系统克服了这一缺点,控制器是电机的数字大脑,能精确地将电流切换到电机,每秒可达20000次,以保持电机平稳运动和旋转。研究人员在磁阻电机的定子中嵌入了一些小型稀土磁铁。这样一来,扭矩曲线就变得平滑了,加入稀土元素可将功率输出提高 30%。

在解决扭矩波动问题后,开关磁阻电机的优势就显现出来,成本低廉的主要原因是可以直接丢弃常见电机的铜转子,并用便宜得多的黑色金属转子替换它,金属一般为钢或者硅钢,虽然钕和镝等稀土很昂贵,但镶嵌在定子中的并不多,不像传统永磁电机那样进入转子,没有铜线、使用极少的稀土材料就可以省下一大笔钱,此外,开关磁阻电机的转速更高,小体积大扭矩是其特点。

除此之外,传统永磁电机的铜绕组在电机废弃时,铜必须从电机中取出,然后再回收,而这是一个困难昂贵的过程。开关磁阻电机电机仅由钢和铝制成,回收简单经济。

哪些厂家在开发新的开关磁阻电机

目前有多家公司在开发全新的开关磁阻电机,试图消除扭矩波动,让这种电机真正可以用到车上,全球物流公司UPS计划将电动队中的车辆电机更换为开关磁阻电机,而美国Turntide公司、英国Advanced Electric Machines等也是主打,其中Turntide与宝马、阿斯顿马丁、大众旗下的MAN品牌等展开合作。

Advanced Electric Machines的电机功率密度可高达每升29千瓦,比永磁电机高10倍以上,1台25kg的电机就可以产生100Nm的扭矩,更轻的电机可以降低电动车的能耗。通用汽车雪佛兰特斯拉蔚来等品牌也在开发新的开关磁阻电机。

选车侦探观点:随着电控系统和智能芯片的发展,开关磁阻电机的缺点被逐渐擦除,厂家开始重新审视这种低成本的电机,但扭矩波动和大噪音问题还没有完全消除,你觉得未来会取代永磁同步电机吗?欢迎讨论。


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