我們從特斯拉汽車開始說起，特斯拉這個名字是為了紀念尼古拉·特斯拉

現代交流電力系統的建立者，電機工程學的先驅。人們當前的現代化生活很大一部分要歸功于這位神一樣的男人。

特斯拉的車標靈感來源于電機結構的橫截面圖。特斯拉Model S和ModelX使用的是感應電機，國產版的Modal 3使用的是永磁同步電機。按照電機轉子轉速與定子旋轉磁場的轉速進行劃分，兩者相等稱為同步電機，不相等稱為異步電機(感應電機)。

01什么是同步電機？

同步電機起初是為恒速運轉的設備提供動力。同步電機通過電網獲得功率，端電壓和系統頻率保持定值。同步電機的轉速被磁場的變化速度鎖定，因此同步電機的轉速是恒定值，與負載無關。同步電機轉速由以下公式決定：

其中：nm為電機轉速，f為定子電流頻率，P電機的極數量(電機極數=極對數*2)；

通過以上公式不難看出同步電機的轉速與輸入的交流電頻率有關，一個頻率對應一個轉速，這對電機的啟動與調速造成比較大的麻煩，所以很長一段時間內同步電機應用范圍比較小。近些年得力于IGBT發展趨于成熟，人們就能比較方便的通過改變電頻率來對電機進行調速。

永磁同步電機在效率和功率密度方面更有優勢，且隨著稀土材料性能的提高和矢量控制技術的成熟，永磁同步電機受到越來越多新能源汽車的青睞。下面介紹永磁同步電機的結構和運行特性。

02永磁同步電機的結構

永磁同步電機主要組成部分包括定子(定子鐵芯、永磁體)、轉子(轉子鐵芯、線圈繞組)、冷卻水路、傳感器等。鐵芯一般采用硅鋼片材料；永磁體大多采用稀土材料，如釹鐵硼；線圈繞組是銅線，外包絕緣漆；傳感器一般包括位置傳感器和溫度傳感器。

根據永磁體的安裝形式，可以分為表貼式(SPM)和內置式(IPM)。SPM高轉速時因為離心力的作用需要增加固定措施。IPM可以根據需要設計成各種永磁體形狀，只要保證產生的勵磁磁場是正旋分布即可，且不存在高速機械強度問題，IPM效率相對較高，目前新能源汽車電機大部分都采用IPM這種結構形式。

定子繞組按線圈的布置形式主要分為集中式繞組、分布式繞組和分段式扁線繞組，采用分段式扁線繞組電機又稱發卡電機，因繞組銅線酷似發卡得名。各種繞組結構形式在制造工藝、性能(相反電動勢、磁阻轉矩、功率密度、溫升等)等各有優勢，可根據不同應用場景進行選擇。

03永磁同步電機運行特性

外特性關注三個轉速，分別是基速n1(簡單理解就是轉矩拐點轉速，或稱為額定轉速)、最大功率點轉速n2、最高轉速n3。以基速為界限，小于基速是恒轉矩區域；由于在基速時反電動勢已經接近控制器的最大電壓，簡單理解就是控制器電壓飽和了，為了維持電壓平衡，并且轉速得到拓展，必須有一部分電流進行弱磁(用允許的最小電流進行弱磁)，消弱反電動勢，所以大于基速部分采用弱磁控制，弱磁控制分為弱磁區Ⅰ、弱磁區Ⅱ。電機控制簡單講就是用最小的電流產生最大的扭矩，并且轉速滿足使用要求。

(1)在恒轉矩區，電機按最大扭矩電流比控制(簡稱MTPA控制)，這段區間電機運行受控制器最大電流的限制，電機輸出最大恒定轉矩，此時電機產生的熱量是比較大的。

(2)弱磁區Ⅰ從基速到最大功率點轉速，這段區間電機的運行受到控制器最大電壓和最大電流的限制，這段區間電機可以按照恒功率輸出，在磁阻轉矩的作用下，這段功率還是增加的，一直增加到最大功率點轉速，但是轉矩是降低的。

(3)弱磁區Ⅱ從最大功率點轉速到電機最高轉速，電機按照最大扭矩電壓比控制(簡稱MTPV控制)，這段區間電機的運行受控制器最大電壓的限值，電機按照最大功率輸出，隨著轉速升高線電壓恒定，相電流逐漸減小，轉矩一直降低。

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總結

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