汽車上的異步電機，永磁同步電機，同步磁阻電機工作原理
1 觀看·2026年5月9日
電動汽車使用的電機主要分爲三種
交流翼部電機
永磁同步電機
以及同步磁阻電機
我們先來看交流翼部電機
翼部電機主要分爲兩部分
分別爲轉子和定子
這是一個鼠籠形轉子
轉子上安裝的是導體棒
另外爲了減小感應電流的損失
轉子內部還安裝了大量的硅鋼片
這些硅鋼片被塗上絕緣漆
然後被組合在一起
而定子主要由定子鐵芯和繞組線圈組成
相同的繞組線圈進行串聯
能產生四個變化的磁場
然後將另外兩組線圈引入進來
組合後將繞組線圈纏繞到定子的凹槽內
通過這種組合就能形成一個四級旋轉磁場
電動汽車使用的翼部電機
就是使用的這種四級旋轉磁場的繞組
當往翼部電機通入交流電時
定子就會產生旋轉磁場
轉子上的導體棒會切割磁場線
從而產生感應電流
使得轉子上的導體受到電磁力的作用
從而驅使電動機的轉子高速旋轉
但是這種翼部電機在轉動時
會損失3%到4%的能量來產生電流
另外調速性能也不好
永磁同步電機在這一塊就出色不少
永磁同步電機跟翼部電機類似
只不過同步電機的轉子外面
使用的是四塊永磁鐵
每塊永磁鐵間隔一定距離
並且每塊永磁鐵可以產生一個磁場
然後將鼠龍型轉子替換成永磁轉子
爲了方便講解
我們將永磁鐵產生的磁場線隱藏起來
永磁鐵與定子磁場產生的相互作用力如圖所示
比如永磁鐵這裏的A點
它除了會受到定子磁場上B點的排斥力外
還會受到定子磁場上C點的吸引力
所以永磁轉子就會受到一個扭矩而轉動起來
由於轉子和定子是同步轉動的
所以這種電機也被稱爲同步電機
當永磁鐵的磁場與定子磁場相差45度時
達到最佳扭矩
因爲這時排斥力和吸引力幾乎在同一水平線
這就像圖二中這個鐵球一樣
推力和拉力都在一條直線上
受到的力最大
因此啓動電動汽車時
只需要保持這個最佳角度
就可以快速啓動
另外由於轉子沒有感應電流
不會造成能量損失
所以永磁同步電機比一步電機的效率更高
但是有個問題
當你啓動汽車或者上坡時
永磁電機會提供很好的扭矩
如果一旦汽車高速行駛
永磁電機的性能就變得很差
這是爲什麼呢?
永磁鐵產生的磁力線
與定子繞組的磁場是相連的
在這裏會產生感應電動勢
這種電動勢被稱爲反電動勢
反電動勢與電機電源的電勢方向相反
從而影響了電機的性能
並且轉子轉速越高
反電動勢產生的越多
此外這些高強度磁鐵
還會導致磁渦流損耗
從而增加電機內的熱量
怎麼解決這些問題呢?
我們先來弄清楚一個概念
那就是磁組
在這個磁場中
如果你往磁場放入一顆鐵釘
由於鐵釘的磁組非常低
那麼磁場就會走捷徑
都跑到鐵釘這裏
然後再回到南極進行閉合
這是一個鐵塊
連接着一根可以旋轉的鐵棒
當在鐵塊兩端施加一個電磁場時
按照前面說的
磁場總會走磁組最小的位置
所以鐵塊附近的磁場線
都將聚集到鐵塊
從鐵塊通過
由於鐵塊是斜放的
磁場線也被彎曲了
這時扭曲的磁場
會對鐵塊產生一個力
從而將鐵塊拉到
與磁場方向相同的位置
這時的磁組將是最小的
而這個力所形成的扭矩
就是磁組扭矩
現在我們將一個
電機釘子的永磁鐵去掉
然後將釘子放入磁場
外部磁場進入後
不管怎麼走
磁組都是一樣
並不會產生任何扭矩
但是現在我們將鐵芯
挖四個如圖所示的凹槽
當轉子位於這個位置時
由於有凹槽
凹槽處於高磁組狀態
所以磁場會立即改道
從有鐵芯的地方走
但是你會發現
磁場線是彎曲的
也就是說
這個位置的磁組
不是最小的
所以這時將產生
磁組扭矩
來轉動鐵芯
當鐵芯轉過45度後
轉子的凹槽
與磁感線方向達到一致
這時的磁組織纔是最小的
當我們繼續旋轉磁場
鐵芯爲了保持
磁組最小的狀態
就會跟着磁場
同步旋轉起來
所以這種電機
也被稱爲同步磁組電機
同步磁組電機
因爲高效率和高功率
正在被廣泛使用