特斯拉Model3技术分析之驱动电机（永磁开关磁阻电机）

Model3有前后电机配置，前电机是交流感应电机，而后电机是永磁辅助的开关磁阻电机。

后电机的功率会略小，Model 3 后电机的额定功率是195kw，峰; T a T W + K值功率是300k i A 4 ] f yw，最大转矩估计是400Nm。

这台电机仍然采用三合一的动力总成结构，单速比减速箱。相比于前一代产品，从蓄电池到轮子的驱动系统K O T ^ @ M = y 4效率提高了6个百分点，达到了89%。这是相当大的进步了。蓄电池电压400V,短时最大{ j s + a v放电电流1000A。

battery-to-wheels loss” as 6 percentage points morew T * efficient than tg ^ Y [ I ( $ 2 ah- B 4 G f ;e Model S (89% of electrical energy is converted to forward motion, compared to 83% for the S).

效率的提升，主要归功于电机的升级。令人t 7 G n | 8 - S p吃惊的是b d k I定转子好像都不像是开关磁阻电机的样子。转子采用了永磁同步电机常用的V字斜极结构。

这种V型斜极方式也不是什么高3 n : k @ e e i V科技，相对于普通的斜极它是一种NVH改良的方式。在车用EV电机里，斜极主要是为了克服齿槽转矩。但普通的两段斜极，容易导致一个问题，就是电机轴向扭振：

有个前辈第一款电机将转子分成两& ; . Z 9段，两段间斜了半个槽B Z . c A H O j。这样达到了降低转矩脉动，车辆在启动过程中更平稳，但发现电机~ r g在3000-4000H9 G 7 a = 8 x r SZ的噪音特别大。问题出在扭转共振上，该电机p N f { f I定子的第三阶扭转模态频率在3725HZ，振形为上下反向) - ;拉伸，上下的相位刚好相反。而两段式斜极导致上下两段的齿槽转矩相位也是相反的。这样就和振型就{ 0 N t G . $ v高度一致 了，在某个转速下必然导致扭转共振现象。解决的方法就是改进斜极方式。通过V或者zig-zag的新的斜极方式，能够有效克服中低频段的噪音。而相较zig-zagV型斜极工艺上更容易实现，所以采用的更多。

无独有偶，前不久，两段斜极导致的电g q h I ;机噪音问题，把蜗牛研习社的一位朋友折x n & Q r : u l P @ r Vagnet mechine。

自发明以来，这种电机一直是不温不火，游走在大众视野边缘。但近十年来s ~ ) ^ y a { & |，情况发生了变化，无论国内还D : E p b a S | Q是国外学术界都在讨论在研究这种电机在电动% 8 _ M汽车领域内的应用。

这是为什么呢？为什么有了永磁同步电机还要搞这种新电机呢？

因为这种电机具备一系列永磁同步电机不具备的优点：无论结构还是电磁，这类电机都特别适合高速运行，特别适合高速弱磁运行的场合，刚好这符合乘用车用电机系统发展的趋势。那怎么来理解这个优点呢？这要S O x U 3 D C T从这种电机的原9 + ~ : 9 d p G理出发。

2a S | N c M 2 ` b、永, y A , b B N Q ,磁开关磁阻a i n j v = w需要注入较多的去磁电流。虽然也有一路辅助漏磁路，能绕开永磁体，磁路更流畅 （这也是Iw + 7PM比SPM更适合弱磁的原因）。但漏磁路的磁桥也很容易饱和，其漏磁量不能占到大头。总的来说弱磁磁路磁阻较大引起了永磁同步电机的弱磁困难。

而FSPM电机就没有这种苦恼，它的. J s T d f弱磁磁路刚好和永磁同步相反，主磁路不经过永磁体，辅助磁路经过永磁体。如下图所示：

如0 z / T # M此FSPM 电机的弱磁扩速能力就优异于永磁同步，能够很 容易的获得4倍以上的扩速比，如下面这个案例，基速为1700rpm能够扩速到7100rpm。

也许有人会问，这有什么奇怪的，那永磁同步电机也可以加励磁绕组啊。确实也可以，但因为永磁体在转子侧，对等的励磁绕组也要装在转子侧，这就要解决一个励磁绕组旋转换向的问题，需要电刷滑环，可靠J Q & W z性无法接受。如果装在定子侧也可以，但就不能加直流电了，要e _ T V & C加入交流矢量电流，形成旋转磁场，这又需要复杂的磁场定向t | # W $ W P 7 h控制，相对于Fn / O ! n FSPM的直流标量控制来说太复杂。

从结构角度来讲，永磁开关磁阻电机转子结构更简单，无应力集中区域，更容易做成高速转子。这就是永磁开关磁阻电机在车用驱动领域受人关注的主要原因之N + U 6 e m o一。

3、总结

我们简单介绍了永磁开关磁阻电机的原理和优缺点。永磁开关磁阻电机是即具备永磁同步电机又有开关磁阻电机& , K / ? :的特点。相较开关磁阻电机，其有正弦的反电动势，可以用矢量控制，转矩更平稳。相对永磁同步电机其最大的特点是弱磁相对容易，如果加装上励磁绕组，将具备磁场可调的性能，即能够提高低速大载能f [ @力，又能够大幅度扩大运行速度范围。这几乎是为电动汽车量身定制的电机系统。

来源：电机产品技术前哨