詳解電動(dòng)汽車(chē)電機與工業(yè)電機有什么區別？

      這個(gè)答案由 三相對稱(chēng)電流通過(guò)向dq坐標軸上投影得到的Id、Iq與通過(guò)park變換得到的Id、Iq有什么區別和聯(lián)系么？ - w浩森的回答 這個(gè)問(wèn)題延伸而來(lái)，其中的電動(dòng)汽車(chē)電機部分我想在這個(gè)問(wèn)題下單獨詳細作答。因為這兩個(gè)話(huà)題的受眾不同。之前那個(gè)問(wèn)題主要針對于初學(xué)電機的學(xué)生，這個(gè)問(wèn)題可能更多的針對于工業(yè)從業(yè)者，電機設計師等等。
      首先，先推薦一篇電動(dòng)汽車(chē)方面的經(jīng)典文獻：Electrical Machines and Drives for Electric, Hybrid, and Fuel Cell Vehicles, by Z. Q. Zhu and David Howe, link: IEEE Xplore Document結合這篇文章，我詳細寫(xiě)一下電動(dòng)汽車(chē)電機和普通工業(yè)電機的異同。

相同點(diǎn)：
      1. 都是電機看似廢話(huà)哈，我想說(shuō)的是，電動(dòng)汽車(chē)電機也是電機的一種罷了，沒(méi)有什么特別的。分析方法逃不過(guò)普通的電磁分析方法，計算工具也都是有限元軟件，仿真求解器都是基于Transient Solver，電磁方程逃不過(guò)麥克斯韋方程組。沒(méi)什么大不了的，就是一種負載要求特殊的電機。
      2. 分類(lèi)和控制都一樣電動(dòng)汽車(chē)也分感應電機和永磁電機兩大類(lèi)，控制理論和方法和工業(yè)電機沒(méi)有任何區別。

不同點(diǎn)：
      1. 嚴格的體積要求和重量要求因為是車(chē)載，所以這方面要求突出。普通工業(yè)電機對于體積尺寸和重量沒(méi)有這么嚴格的要求，因為工業(yè)場(chǎng)地巨大，一般以滿(mǎn)足工業(yè)目標為第一目的。電動(dòng)汽車(chē)不同，尺寸和重量決定了汽車(chē)的動(dòng)力性能和駕駛體驗，直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量。所以，電動(dòng)汽車(chē)電機的難點(diǎn)就在于提高功率重量密度和功率體積密度。越小，越輕，功率越大的電機，越好。
      2. 獨特的轉矩特性啟動(dòng)或低速時(shí)要求超高轉矩，將汽車(chē)速度以最快的方式泵升至期望速度。一般工業(yè)電機并沒(méi)有這么高的啟動(dòng)速度要求。同時(shí)，高速時(shí)需要提供足夠的功率，使得汽車(chē)可以高速巡航。
      3. 寬調速范圍最高速度可能是電機基速的4倍甚至更高。目前電動(dòng)汽車(chē)最好的方案莫過(guò)于省去多檔變速箱，只使用固定檔的齒輪組。如此，則要求電機的調速范圍越寬越好。以特斯拉的Model S 基本款為例，電機最高RPM能達到18000轉/分鐘，相當可怕。這對于電力電子調速器來(lái)說(shuō)是一個(gè)非常大的考驗。
      4. 全范圍效率要求電動(dòng)汽車(chē)不像電力機車(chē)由受電弓供電，電動(dòng)汽車(chē)由電池供電，巡航范圍完全取決于電機效率。電機效率每提高1%，巡航里程就可相應增加1%。所以對于電機的效率要求很高。能高一點(diǎn)，就是勝利，每一點(diǎn)能量都要優(yōu)化。
      5. 其他至于噪音小，穩定性高，散熱合理，性?xún)r(jià)比等等我就不提了，這些是基本要求。

技術(shù)細節:
      1. 轉矩-轉速 效率分布圖：

      電動(dòng)汽車(chē)電機的效率分布圖最好能如下圖：

      （圖片來(lái)源：Electrical Machines and Drives for Electric, Hybrid, and Fuel Cell Vehicles, by Z. Q. Zhu and David Howe, link: IEEE Xplore Document）電動(dòng)汽車(chē)主要運行在黃色區域，不會(huì )經(jīng)常啟動(dòng)，也不會(huì )超高速持續運行，更多的是在中間部分加速減速。所以對于效率范圍來(lái)說(shuō)，最好能在黃色區域有較高的效率。相應的，我們希望黃色的區域能夠朝著(zhù)三個(gè)方向延伸，從而滿(mǎn)足最大能量利用率。

      2. 調速曲線(xiàn)：

      （圖片來(lái)源：Electrical Machines and Drives for Electric, Hybrid, and Fuel Cell Vehicles, by Z. Q. Zhu and David Howe, link: IEEE Xplore Document）和普通電機基本類(lèi)似，不同的是更為寬廣的恒功率區域；極速可達到基速的4倍。

      3. 電機漏磁通越小越好！這一點(diǎn)和工業(yè)電機大不相同。這一點(diǎn)主要是針對感應電機的。拿一般的和電網(wǎng)直連的工業(yè)感應電機為例，轉子側的開(kāi)槽簡(jiǎn)直可以被稱(chēng)之為“花式開(kāi)槽”。有深槽，有雙槽，有斜槽。這些設計有些是為了改善啟動(dòng)特性，有的是為了折衷低速和高速的性能，有的是為了降低轉矩脈動(dòng)?？墒沁@些花式開(kāi)槽都增加了漏磁通。電動(dòng)汽車(chē)電機是由逆變器精確控制的，所以所有的啟動(dòng)特性統統和傳統電機不一樣。由于控制器可以控制啟動(dòng)時(shí)的頻率和幅值，所以不會(huì )有直連電網(wǎng)電機的那些缺點(diǎn)。這時(shí)候就要求漏磁通缺少越好，槽越淺越寬越好！同時(shí)，適當的增加氣隙寬度，降低高頻諧波分量的阻抗。如果條件允許，盡量使用銅鼠籠，不要使用鋁鼠籠（電阻大）。這些特點(diǎn)在特斯拉汽車(chē)的感應電機上表現的淋漓盡致：

      4. 永磁電機永磁電機主要應用于混合電動(dòng)汽車(chē)?；靹?dòng)汽車(chē)上100%的電機都是永磁電機。完美的市場(chǎng)份額。為什么？因為體積小，質(zhì)量輕，功率密度高。永磁分為BLAC（無(wú)刷交流）和BLDC（無(wú)刷直流）兩種。兩種電機構造基本相同，唯一區別在于控制的電流波形。BLAC是正弦波，BLDC是矩形波。相對來(lái)說(shuō)，BLAC的性能略微好于BLDC，但是優(yōu)勢不太明顯。永磁電機以豐田汽車(chē)的Prius電機最為著(zhù)名：

      整機的設計基本上已經(jīng)到達了現階段電機設計的極限，堪稱(chēng)工藝品。其微調過(guò)后的永磁斜槽：
      以及堪稱(chēng)教科書(shū)式的效率分布圖：
      都是值得深入學(xué)習的典范。

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