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朋友们，你们有没有注意到，媒体在报道电动汽车动力信息时，经常会用到“搭载永磁同步电机，最大功率为XX……”这种表述。由于大部分产品搭载的电机都是“永磁同步电机”，所以很多读者就把这句话理解为“电机最大功率为……”
但关注特斯拉的朋友可能知道，特斯拉搭载的是“交流异步电机”，而全新网红蔚来ES6性能版搭载的是“前160千瓦永磁同步电机+后240千瓦异步电机”，这到底是什么呢？
那么今天我就来给大家讲一下同步电机与异步电机的区别。
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暂时不讨论同步和异步，我们来回顾一下电机
电机相信大家都不陌生，回想一下高中物理学过的直流有刷电机，这个原理千百年来都是一样的，一个永磁体（磁铁）作为定子，一个线圈作为转子，通电后产生磁场，根据“同性相斥，异性相吸”的原理，绕着定子转动。
但是旋转180度之后，你会发现定子的N极紧挨着转子的S极，它们开始互相吸引。转子停止转动了怎么办？那么这时候我们就需要改变转子中通过的电流的方向，但是电源的电流方向你是无法改变的，所以就需要换向器和电刷。
电刷的主要作用是传导电流，它的正极和负极分别与蓄电池的正极和负极相连。转子每旋转180度，电刷与换向器的连接方向就改变一次，线圈原来的正极变成负极，负极变成正极。如此循环交替重复，实现电磁力驱动转子线圈不断旋转。但是，由于电刷不断与换向器摩擦，势必会磨损，运气不好就会产生火花。
前面说了，电刷会磨损，甚至会产生火花，所以现在大部分汽车都采用无刷电机。我们这次讨论的永磁同步电机和交流异步电机，都是无刷电机。现在我们终于进入正题，给大家说说这两者的区别：
同步和异步是什么意思？
是指转子的转速是否与定子产生的磁场的转速相同，要彻底搞清楚这个问题，我们需要先了解这两种电机的原理。
我们先来看一下永磁同步电机：
需要注意的是，永磁同步电机和我们上面举例的教科书上的电机不一样，它的线圈作为定子，永磁体作为转子，和教科书上讲的正好相反。
先说永磁体，现在的磁铁大多都是采用钕铁硼材料，这种材料被称为“永磁王”，是磁性能最高的永磁材料。而要获得这种材料，需要一种稀有物品——稀土。
这里给大家科普一下，稀土家族是17种元素的集合，其中镧系元素就有15种，再加上和镧系关系密切的钪和钇。中国稀土储量巅峰时期占全球71.1%，目前占比不到23%。中国这几年还承担了稀土出口国的角色。邦老师的家乡就很擅长加工稀土，大学里甚至还有专门的稀土学院。
▲ 钕铁硼永磁体
我之所以在这里说这么多废话，就是想告诉大家，稀土很贵，很稀有，所以永磁体很贵，永磁直流电机也很贵……
好吧，这有点题外，我们继续讨论永磁同步电机。因为没有电刷，所以换向必须“电子化”完成。下面是永磁同步电机的结构图：
灰色外圈为固定在车身上的定子壳，上面绕有红绿蓝三组六匝线圈，对角线上的线圈组数相同；中间的白色轮子为转子，连接输出轴与轮胎。
假设我们先给绿色线圈通电，它会产生类似条形磁铁的磁场。如果把三个线圈都通电，三个线圈的磁场就相当于在定子内部以“M”字形摆放了三块条形磁铁，产生了不断旋转的磁场。此时转子就会因为定子产生的磁力而转动。
请注意，上图中的条形磁铁只是为了帮助您了解通电线圈磁场的方向，并不代表在电机中放置了磁铁！
此时，通电线圈变化后，转子就能立即受力，即转子的转速与定子产生的磁场的转速相同，所以称其为同步电动机。
另外，这里的转子并不是简单的磁铁，如果是这样的话，会因为磁极方向单一而导致受力不均匀，所以一般在定子上放置较多的磁铁，组成定子磁组，这样就形成SN极间隔的永磁转子。
这样，磁场中的转子无论从哪个方向看，都会受到磁力的作用，所以这就使得转子可以稳定地旋转。当然，线圈的通断是由转子位置传感器和开关控制的。它们三者的通断并不是简单的“你通我断”，而是有比较复杂的通断规律，这里就不详细讲解了。
接下来我们说一下交流异步电动机：
交流异步电动机的定子由铁芯、绕组和机座组成，转子由铁芯和绕组组成。转子绕组有鼠笼式和绕线式，形状如下：
可见，交流异步电动机没有永磁体，其转子和定子只能通过通电来产生磁场。
由于采用三相交流电，线圈在定子中每隔120度为一个单元，共三个单元，对称排列。三个独立的绕组组合起来，就形成了一个360度的圆柱形定子。
因为交流电的频率和方向都是不断变化的，如果我们把交流电通入绕组A，就会产生一个方向和大小都在不断变化的磁场。另外两个绕组也是一样，类似下图：
此图只表示三个绕组会产生大小和方向不同的磁场，并不代表实际的大小和方向关系！
这时候就需要用到矢量合成方面的知识了，把这三个有大小、有方向的磁场组合起来，就形成了一个大小、方向不断变化的磁场，然后我们调整供电顺序：先给A相通电，当A相交流电压波形摆动三分之一个周期时，再给B相通电，当B相电压再摆动三分之一个周期时，再给C相通电。
此时，合成磁场就变成这样：大小固定，方向有规律地变化。
大家可以这样简单理解~
OK，有了这个磁场，转子终于可以欢快地转动起来了~但由于交流异步电动机的转子是鼠笼式的，所以它会在定子产生的磁场中做我们初中物理上熟悉的“导体切割磁通线运动”，产生感应电流。
这个电流在旋转磁场中受到安培力的作用，使导体旋转。这两个旋转的叠加，导致转子的转速与定子产生的磁场的转速不同，这就是“异步”的意思。具体见下图：
同步/异步电机的优缺点是什么？
先说同步电机，它们的优势很明显，在同样的重量和体积下，永磁同步电机可以输出更高的功率和扭矩。同样，在同样的功率和扭矩下，它们的重量和体积也较小，为另一个极其重要的部件——动力电池留下了足够的空间和质量。此外电动机原理 高中物理，永磁同步电机还具有噪音小的特点。
至于缺点，前面也说了，永磁体依赖稀土，如果要大功率，就需要大块的永磁体，价格昂贵。而且虽然叫“永磁体”，但在高温等恶劣环境下，很容易退磁。
而异步电动机成本很低，工艺简单，运行可靠，维护方便，能在复杂的工作环境下工作，对周围工作温度的大变化适应能力强。
但在相同的功率和转矩下，异步电动机所需的体积和重量比永磁同步电动机大得多。
特斯拉为什么喜欢用异步电机？
其实不只是特斯拉，欧洲很多品牌的电动车都喜欢用异步电机，比如宝马i3，但中国和日本品牌却不是这样，他们依然对永磁同步电机情有独钟。
至于特斯拉等外资品牌为何放弃优势明显的同步电机电动机原理 高中物理，目前有几种推论，一是异步电机对恶劣环境的适应能力更强，特斯拉等高端车型可能遭遇比家用车更为激烈的驾驶条件，因此异步电机不易退磁的特性非常适合它们。
第二是永磁同步电机的核心材料稀土问题。对于我国和日本来说，我国拥有良好的稀土资源，而日本是稀土产业大国。全球排名前三的钕铁硼企业：住友特殊金属、信越化学工业、TDK集团均为日本企业，实力可见一斑。欧美国家未必能随心所欲地使用稀土材料。
第三是特斯拉在异步电机上有自己的专利，避免了异步电机的缺点，比如铜芯转子技术，这里简单介绍一下：
目前大多数异步电动机的转子即鼠笼采用铝制成。铝的导电性好，熔点低（660.4℃），成本也有优势，但其效率有限，难以进一步提高。如果采用导电性更高的铜来制作鼠笼，电机的效率将有显著的提高。
但是铜的熔点较高（1083℃），铜芯转子制造难度较大；焊接铜的成本也较高，对焊点强度的要求也很高。
▲ 不同金属的电阻率
特斯拉专利的转子采用了铜焊接工艺，首先将铜条插入转子槽内，方法和鼠笼焊接技术一样。本来端环应该是之后焊接的，但特斯拉制作了一套镀银的铜楔，插入铜条两端的缝隙中，插入楔子后再将楔子和铜条焊接起来。这种焊接工艺成本和难度都比较低，焊接完成后再插入端环。
真实情况是这样的：
好了，我们来总结一下这篇文章：
