永磁电机 VS 异步电机

800V平台推动电机向高效率、高转速的方向发展。基于高电压平台，电机定子的绕组大都采用扁线线圈和Hairpin绕组，提升电机的功率、效率和散热性能的同时，降低电机的体积和质量。而在此背景下，800V平台除了电机定子的绕组工艺的技术进行推进外，围绕电机转子技术也正在进行技术更新，比较为市场认可是异步电机以及永磁电机。

异步电机和永磁电机的特点

▍异步电机

交流异步电机的主要结构有：散热外壳，定子铁芯，定子绕组，转子铁芯，转子绕组。电机的定子线圈在通过一定交流电流的同时在其内部产生与其频率对应的旋转磁场。当转子在旋转磁场中切割磁感线并产生感应电流从而产生与其频率对应的旋转磁场，当转子在旋转磁场中切割磁感线并产生电磁转矩，转子按照磁场的旋转方向旋转。

电机转子绕组主要分为绕线型和笼形两种不同的结构，而其中笼型绕组制作简单、耐用被广泛的应用在大功率异步电机中。笼型绕组由两端短接的导体条组成，在磁场作用下受电磁力作用转动。交流异步电机中，磁场旋转的速度一直大于转子的旋转速度。

▍永磁电机

永磁电机的定子通用通过交流电产生旋转磁场，与异步电机不同的是转子为永磁体，定子产生的磁场带动永磁体旋转，其特点是转子转速始终与磁场转速一致。由于不需要对转子通电，不存在转子的电阻损耗，因此永磁电机较异步电机更为省电，效率更高并且体积也更小。除此之外，转子转速和磁场转速的一致性也让永磁电机在低速下拥有更好的调速性能，下表为永磁电机和异步电机的对比。

综合来看，永磁电机在诸多方面都要优于异步电机，但是异步电机仍然有着优于永磁电机的特点。首先是成本问题，永磁体需要加入稀土元素，导致转子的成本占整台电机材料成本的1/4以上。其次，尽管随着技术的持续发展，永磁电机的功率密度不断提高，但是永磁电机在高速状态下磁体离线圈很近，定子线圈切割铁芯以外的漏磁磁感线，所以反电势由线圈磁通交变产生，在线圈中产生很高的反电势，抵消部分定子的驱动电压，高速运转需要更高的电压驱动并产生涡流损耗，复杂工况下常会出现过温过载的情况，这种温升会导致永磁体出现不可逆的退磁情况，这也是永磁电机高转速的工况不如异步电机的原因。基于上述原因，不少OEM厂商选择使用异步+同步的双电机或者双永磁电机的方式以追求最佳的电机性能。

永磁磁阻电机

前面提到，永磁电机的永磁体大多用稀土元素，成本高。除此之外，在高转速状态下的永磁体切割线圈磁感线而产生的反电动势也对电机控制器器件的耐压要求愈发提高，永磁电机的高转速性能不佳。因此在这一背景下，电机开发将着重解决三大问题：

1）降低成本的基础上提供与永磁电机媲美的能力；

2）高转速功率衰减问题；

3）退磁问题。

欧美国家等针对上述的问题的解决路线主要是开发永磁辅助磁阻电机，即降低稀土磁钢的用量，用磁阻转矩去代偿永磁转矩。首先介绍磁阻电机的转子结构，在转子的铁芯上开V形槽，这种状态下，由于空气的磁阻是铁芯的10000倍，外部磁场将避过开槽部位前进。铁芯转过45°后，V形空隙与磁场方向平行了，大部分磁场线都可以顺利地通过铁芯。这个角度，对磁场而言是“低阻”状态，如果这时磁场旋转，那么转子也跟着会旋转，因为转子如果不跟着转，就会偏离这个角度进入“高阻”态，从而产生扭力恢复到低阻态的扭力，结果就是表现为转子即跟着磁场转。

此时，将永磁体内嵌入铁芯内部的开槽中，磁铁本身的磁导率虽然与空气相当，但具体分析而言还是有所不同。

参考未加永磁体时磁场通路的变化，并且将永磁体的扭矩曲线和开槽铁芯的扭矩曲线进行叠加，获得最大扭矩出现的相位角，用于指导控制电路的设计。

这种充分利用永磁扭矩和磁阻扭矩的设计虽然有着极佳的低速高扭的表现，但在高转速情况下很难应用，因为高转速对应着高反电势。为解决这一问题，高速状态下可以通过电控软件调整旋转磁场的角度，采用弱化永磁体效应的方式，降低反电势，这种操作的结果一般体现为扭矩的降低，但是高速状态下整车对扭矩的需求比较小。

除此之外磁阻间隙的设计也是难度较高的，V形槽的宽度过窄，铁芯转子的强度不够，高转速状态下将导致解体。V形槽的宽度过宽，电气性能又不佳。特斯拉方面针对这一问题，选择在铁芯外部包围高强度碳钎维套筒，保证速运转状态下铁芯不会断裂。这种碳钎维套筒的工艺难度较大大，目前还未见到其他OEM在这方面有所应用。

结 语

异步电机和永磁电机由于其各自的性能特点，目前在市场上仍然无法完全相互取代，永磁辅助磁阻电机是一个能够同时获得低转速和高转速性能的手段，但是其在铁芯安全性上的还需要更多的技术进行保障。

部分参考来源：知乎hnsjc

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