新能源汽车发电机是永磁的吗

【太平洋汽车网】永磁同步电机相比异步电机，区别主要在于转子为永磁体，减少了励磁所带来的损耗，定子上安装有绕组通过交流电来产生转矩，所以冷却相对容易。由于这类电机不需要安装电刷和机械换向结构，工作时不会产生换向火花，运行安全可靠，维修方便，能量利用率较高。

1、交流感应异步电机定子转子交流异步电机是目前工业中应用十分广泛的一类电机，其特点是定、转子由硅钢片叠压而成，两端用铝盖封装，定、转子之间没有相互接触的机械部件，结构简单，运行可靠耐用，维修方便。交流异步电机与同功率的直流电动机相比效率更高，质量约轻了二分之一左右。如果采用矢量控制的控制方式，可以获得与直流电机相媲美的可控性和更宽的调速范围。由于有着效率高、比功率较大、适合于高速运转等优势，交流异步机是目前大功率电动汽车上应用最广的电机。

特斯拉电机但在高速运转的情况下电机的转子发热严重，工作时要保证电机冷却，同时异步电机的驱动、控制系统很复杂，电机本体的成本也偏高，另外运行时还需要变频器提供额外的无功功率来建立磁场，故相与永磁电机和开关磁阻电机相比，异步电机的效率和功率密度偏低，不是能效最优化的选择。

异步电动机应用的较多的地区是美国，这也被人为是和路况有关。在美国，高速公路已经具有一定的规模，除了大城市外，汽车一般以一定的高速持续行驶，所以能够让高速运转而且在高速时有较高效率的异步电动机得到广泛应用。同样，诞生于美国的特斯拉更是异步电机的忠实粉丝，大功率、高转速与特斯拉强大的性能表现完美契合。

2、永磁同步电机永磁同步电机相比异步感应电机，区别主要在于转子为永磁体，减少了励磁所带来的损耗，定子上安装有绕组通过交流电来产生转矩，所以冷却相对容易。由于这类电机不需要安装电刷和机械换向结构，工作时不会产生换向火花，运行安全可靠，维修方便，能量利用率较高。

永磁式电动机的控制系统相比于交流异步电机的控制系统来说更加简单。不过永磁材料价格较高，因此整个电机及其控制系统成本较高，目前只有稀土资源丰富的中国比较倾向于使用永磁电机的电动汽车驱动方案。像日本、欧洲，要么是使用轻稀土的永磁材料做永磁电机，要么是直接改用无需稀土材料，但对控制器设计要求更高的开关磁阻电机。当前，国内自主品牌中的大部分车型都是使用永磁同步电机，其传输效率更高成为了补贴面前努力提升续航能力的一大诱惑。

（图/文/摄：太平洋汽车网问答叫兽）

【太平洋汽车网】新能源车用永磁同步电机，新能源汽车是指采用非常规的车用燃料作为动力来源，综合车辆的动力控制和驱动方面的先进技术，形成的技术原理先进、具有新技术、新结构的汽车，提倡新能源汽车是为了应对环保和石油危机需要，减少或放弃燃烧传统的汽油或柴油驱动内燃机的现时主流车型。

新能源汽车网中字电机作为新能源汽车的动力来源，其品质决定了新能源汽车可以走多远。目前市场上的新能源汽车所使用的电机主要是两种，永磁同步电机和交流异步电机。

永磁同步电机是由永磁体励磁产生同步旋转磁场的同步电机，永磁体作为转子产生旋转磁场，三相定子绕组在旋转磁场作用下通过电枢反应，感应三相对称电流。此时转子动能转化为电能，永磁同步电机作发电机（generator）用。

永磁同步电机有功率密度高、能量转换效率高（约90%-95%）、能耗较低的优势，但也因加入了永磁体提高了成本，另外永磁体在高温、震动环境下有退磁的风险。

国产的电动车都是基本上使用永磁同步电机，例如北汽新能源、比亚迪和小鹏汽车等。

而交流异步电机，虽然也可以视作为电生磁的原理，但与永磁同步电机不同，它采用线圈+铁芯的设计。通电后磁场出现，并且随着电流的变化，磁场方向和大小也跟着改变。

（图/文/摄：太平洋汽车网问答叫兽）

当前，新能源汽车所使用的电机可分为两类，即以特斯拉为代表的交流异步电机和以比亚迪等自主品牌为代表的永磁同步电机。

交流异步电机也叫感应电机，是由定子绕组形成的旋转磁场与转子绕组中感应电流的磁场相互作用，而产生电磁转矩驱动转子旋转的交流电动机。永磁电动机是一种同步电动机，其转子使用永磁体，定子产生电磁转矩来推动转子的磁场围绕轴心线进行旋转，定子和转子的磁场是同步的。

和交流异步电机相比，永磁同步电机具有体积小、效率高、重量轻、可靠性好、工作温升小等优势，所以它在工作时的耗电量比交流异步电机更小，而且有助于新能源汽车实现车辆轻量化，有助于降低车辆能耗，在电池容量以及其它参数相同的情况下，新能源汽车搭载永磁同步电机能获得更长的续驶里程。不过，由于制造永磁同步电机需要用到稀土资源中的钕铁硼作为永磁材料，所以永磁同步电机的成本相对较高。

交流异步电机的优势是成本低，结构简单，维修方便，过载能力更强，比永磁同步电机更加适应各种恶劣的工作环境，也更加不易退磁，更能实现车辆的高性能。

电机的发展目前还是处于一个瓶颈时期，关于永磁同步电机和交流异步电机的比较，其实没有太大的区别。像国产品牌电动车就注重空间，合资品牌特斯拉就更追求动力，所以侧重使用的电机就不一样。

新能源汽车需要稀土钕、镧、铈、氧化镨、铷等。稀土永磁电机是新能源汽车区别于传统汽车中的三大重要部件之一，也是新能源汽车动力源。以特斯拉为首的新能源汽车所采用的“永磁技术”，对钕的依赖就像人类离不开氧气一般。

而新能源汽车电池以稀土中的镧、铈等元素作为电极材料的主要成分，具有安全性高、抗衰减、耐低温、可充电时间快。

稀土在新能源汽车的应用：

一、稀土永磁电动机

稀土永磁电机是70年代初期出现的一种新型永磁电机，其工作原理与电励磁同步电机相同，区别在于前者是以永磁体替代励磁绕组进行励磁。

与传统的电励磁电机相比，稀土永磁电机具有结构简单，运行可靠，体积小，质量轻，损耗小，效率高等显著优势，而且该电机的形状和尺寸可以灵活设计，这使得它在新能源汽车领域中深受高度重视。

稀土永磁电机在汽车中主要是将动力蓄电池的电能转化为机械能，驱动发动机飞轮旋转实现发动机的起动。

二、稀土动力电池

稀土元素不仅仅是能参与目前主流锂电池电极材料的制备，还能很好地作为铅酸蓄电池或镍氢电池的正极制备原材料。

1、锂电池：由于稀土元素的加入，材料的结构稳定性得到了较大的保障，同时活性锂离子迁移的三维通道也得到了一定的扩充，这使所制备的锂离子电池有了更高的充电稳定性和电化学循环可逆性，以及更长的循环寿命。

2、铅酸电池：就国内的研究表明，稀土的加入有利于提高电极板铅基合金的抗拉强度、硬度、耐腐蚀性能和析氧过电位，活性组分中添加稀土可减少正极氧气析出量，提高正极活性物质的利用率，从而改善蓄电池的性能和使用寿命。

3、镍氢电池：镍氢电池具有高比容量、大电流、好充放电性能、无公害等优点，因而被称为“绿色电池”，并在汽车、电子等领域上得到广泛应用。为了使镍氢电池在保持优良高速放电特征的同时抑制其寿命的衰减，日本专利JP2004127549介绍电池负极可由稀土-镁-镍基储氢合金组成。

三、三元催化器中的催化剂

并不是所有的新能源汽车都能够实现零排放，比如混合动力汽车和增程序电动汽车，它们在使用过程中会释放一定量的有毒物质。

为了减少其汽车尾气的排放量，部分车辆在出厂时都会被强制要求安装三元催化器，其会在高温汽车尾气通过时，通过内置的净化剂增强围棋中的CO、HC、NOx三种气体的活性，促使它们完成发生氧化还原反应，生成无害气体，利于环保。

而三元催化器的主要构成成分正是稀土元素，稀土在这其中起到的关键作用就是储存材料，替代部分主催化剂以及作为催化助剂等。尾气净化催化剂所用的稀土主要是以氧化铈、氧化镨和氧化镧的混合物为主，而这些物质元素都是中国稀土矿中所富含的。

四、氧传感器中的陶瓷材料

稀土元素由于电子结构较为特殊，而具有独特的储氧功能，常被用于电子燃油喷射系统氧传感器中的陶瓷材料的制备，使之催化效果更佳。电子燃油喷射系统是汽油发动机取消化油器而采用的一种先进的喷油装置，主要由空气系统、燃料系统和控制系统三大部分组成。

此次之外，稀土元素还在齿轮、轮胎、车身钢材等部分都有着广泛应。可以说，稀土是新能源汽车领域必不可少的元素。

电动汽车具有低噪声、零排放、高效率、节能、能源多样化和综合利用等明显优势，成为各国发展的主流。随着永磁材料性能的提高和成本的降低，永磁同步电机(PMSM)以其高效率、高功率因数和高功率密度的优势成为电动汽车驱动系统中的主流电机之一。

永磁电机驱动系统

永磁电机不仅具有无刷结构和交流电机运行可靠的优点，还具有DC电机调速性能好的优点。它不需要励磁绕组，可以实现小尺寸和高控制效率。它是电动汽车电机研发和应用的热点。永磁电机驱动系统可分为无刷直流电机系统和PMSM系统。无刷DC电机(BLDCM)系统具有转矩大、功率密度高、位置检测和控制方法简单等优点，但换向电流难以达到理想状态，会引起转矩脉动、振动和噪声等问题。无刷直流电机系统在速度要求不高的电动汽车驱动领域具有一定的优势，得到了广泛的重视和应用。永磁同步电机(PMSM)系统具有控制精度高、转矩密度高、转矩稳定性好、噪声低等特点。通过合理设计永磁磁路结构，可以获得较高的弱磁性能，提高电机调速范围。因此，它在电动汽车驾驶中具有很高的应用价值，受到国内外电动汽车行业的高度重视，在日本得到了广泛应用。是一种理想的电动汽车驱动系统。

1.日本电动汽车用永磁同步电机的现状

日本从1965年开始发展电动汽车，1967年成立日本电动汽车协会。由于永磁同步电机的优异性能，自问世以来一直受到日本汽车公司的青睐。1996年，丰田汽车公司的电动汽车RAV4采用东京电机公司的插入式永磁同步电机作为驱动电机，其下的日本富士电子研究所研制的永磁同步电机可达到最大功率50kW，最大转速1300r/min。1998年1月，日产公司开发的新一代电动乘用车在美国加州投入使用。驱动电机采用钕铁硼材料，电机体积小。电动汽车驱动电机的技术指标见表2。

近年来，日本电气工程研究实验室与其他公司合作推出了一款内置双层永磁体的永磁同步电机(如图1所示)，提高了电机的横轴电导，增加了电机10%的转矩，增加了10%的最大效率区，电机最大峰值效率可达97%以上，主工作区效率可达93%以上。

2.欧洲电动汽车用永磁同步电机的现状

在法国的VEDELIC电动汽车项目中，PSA电动汽车动力总成制造商Moteurleroy-Somer在1997年改进了驱动电机。选用的新型驱动电机是三相永磁同步电机。

与传统的DC驱动系统相比，法国采用的三相永磁同步电机在以下三个方面进行了改进：①功率密度比和转矩密度比更高；②效率更高；③可靠性提高，维护方便。德国第三代奥迪混合动力汽车的驱动电机采用永磁同步电机(PMSM)。最大速度为12500转/分钟，最大输出功率为32kW。

3.美国电动汽车用永磁同步电机的现状

电动汽车在美国的发展比日本晚。在美国，感应电机的设计和控制策略已经成熟，因此感应电机是电动汽车的主要驱动电机。而美国也对永磁同步电机进行了研究，成果突出。詹姆士开发的永磁同步电机。歌迪和凯文。SatCon公司的LeRowR.E采用定子双绕组技术，不仅扩大了电机的转速范围，而且有效利用了逆变器的电压，绕组电流小，电机效率高。表4显示了美国SatCon公司开发的电机在不同速度和功率下的效率特性。

【太平洋汽车网】新能源汽车电机类型主要分为直流电机、交流异步电机、永磁同步电机和开关磁阻电机。目前交流异步感应电机和开关磁阻电机主要应用于新能源商用车，开关磁阻电机的实际装配应用较少；永磁同步电机主要应用于新能源乘用车。

驱动电机系统是新能源汽车核心系统之一，其性能决定了爬坡能力、加速能力以及最高车速等汽车行驶的主要性能指标。驱动电机系统主要是由电机及其控制器组成，其中电机主要由定子、转子、机壳、连接器、旋转变压器等零部件装配而成。电动机一般要求具有电动、发电两项功能，按类型可选用直流、交流、永磁无刷或开关磁阻等几种电动机，功率转换器按所选电机类型，有DC/DC功率变换器、DC/AC功率变换器等形式，其作用是按所选电动机驱动电流要求，将蓄电池的直流电转换为相应电压等级的直流、交流或脉冲电源。电机是应用电磁感应原理运行的旋转电磁机械，用于实现电能向机械能的转换。运行时从电系统吸收电功率，向机械系统输出机械功率。

根据中国汽车工业协会数据显示，2018年1-11月，中国新能源汽车产销分别完成105.4万辆和103万辆，比2017年同期分别增长63.6%和68%。其中纯电动汽车产销分别完成80.7万辆和79.1万辆，比2017年同期分别增长50.3%和55.7%；插电式混合动力汽车产销分别完成24.7万辆和23.9万辆，比2017年同期分别增长130.3%和127.6%。

（图/文/摄：太平洋汽车网问答叫兽）