电动汽车拆解感应马达在高速旋转的情况下尤其有效

电动汽车拆解感应马达在高速旋转的情况下尤其有效

虽然电动汽车（EV）和混合动力车（HEV）用的驱动马达以永久磁铁式为主流，但在产业用途上，采用感应马达的产品较多。感应马达的构造及控制十分简单，因此，如果应用于EV和HEV，则有望降低成本。感应马达虽然在低转速范围内的效率较低，但在高转速范围内有望达到与永久磁铁式马达同等的效率。

日本的东海大学已试制出了用于EV（电动汽车）和混合动力车（HEV）的驱动马达。其特点是，采用了与目前主流的永久磁铁式马达不同的感应马达（图1）。

目前试制机的最高输出功率为0.75kW。东海大学计划在2012年3月之前，将其性能提高到丰田上一代“普锐斯”（2003年上市）的同等水平（1kW/kg）（表1）。

感应马达的优势有3点：（1）由于不使用稀土类元素，因而可降低稀土类元素的采购风险；（2）由于不使用永久磁铁，因而可在高转速范围内抑制反电动势的发生；（3）让转子转动的原理比较简单，与现有的驱动用马达相比，可以以较低成本完成设计（表2）。

图1：东海大学试制的感应马达

设想在电动汽车（EV）及混合动力车（HEV）上使用。

感应马达的第一个优势，就是不使用稀土类元素。与采用SR（铁铝复合）马达以及铁氧体磁铁的马达相同，即使不使用钕（Nd）以及镝（Dy）也能制造。目前全球稀土类元素的90％依赖中国，因此如果中国限制出口，则有可能影响到马达的生产。如果是感应马达，便不存在稀土类元素的采购风险。

可抑制反电动势感应马达的第二个优势，是可降低反电动势。马达在较高转速的条件下，会在定子中产生与嵌入马达转子中的永久磁铁的磁力以及定子线圈数成比例的反电动势。现有的许多EV、HEV用马达由于转子采用了磁力较强的钕类永久磁铁，虽然效率很高，但在马达转速较高的区段会产生反电动势。

为此，采用升压转换器等元件，将逆变器的电压设计得略高一些的做法很常见。可是采用升压转换器，需要通过功率元件，因而电力损失会增多。而感应马达由于不使用永久磁铁，因此反电动势较低，无需采用升压转换器。

感应马达的第三个优势，是构造及工作原理简单（图2）。如果在定子中通入三相交流电，即使转子是一个空罐（铝制），它也会旋转。与已有的永久磁铁式马达不同，无需根据转子的角度对电流的方向及电流量进行控制。由于构造及控制比较容易，因此，如果采用感应马达，则有望降低驱动马达及逆变器的成本。

图2：感应马达的构造简单

只需向定子通入三相交流电，转子（空罐）便开始旋转。不是借助转子与定子间的吸引及排斥力实现旋转，而是借助转子产生的作用力实现旋转。

由于感应马达可降低成本，因而多被用于洗衣机、空调、电梯、换气扇以及公寓的自来水泵等。这些商品中只有高端机型才会采用永久磁铁式马达。与感应马达相比，永久磁铁式马达由于耗电较少，可降低电费。

在高转速下有效

在转速较低的区段，由于感应马达的效率低于永久磁铁式马达，因此电费的负担会增大。然而在转速较高的区段，则可达到与永久磁铁式马达同等的效率。这是因为，正如前面所述的那样，永久磁铁式马达的反电动势会增强，在高转速范围内永久磁铁式马达的效率会变低的缘故。

在应用于汽车的案例中，美国泰斯拉汽车（TeslaMotors）的EV跑车“Roadster”便采用了感应马达（图3）。虽然泰斯拉公司没有公布采用感应马达的理由，但此举表明，如果是高速行驶的跑车，驱动马达不一定非得是永久磁铁式。

图3：美国泰斯拉汽车的EV运动车“Roadster”

通过配置在车辆后方的感应马达进行驱动。虽然感应马达在低转速下效率较差，但由于EV运动车是在转速较高的区段运行，因此可达到与永久磁铁式马达同