这项技术走过百年 未来依然会是主角

讨论电动车，言必称电池容量多少千瓦时，续航里程多少公里。因为续航焦虑和充电焦虑，一直是困扰电动车的两大难题。

但前段时间奔驰EQC电机故障风波，让人们认识到了电机这个电动化车型中最重要的驱动部件，其地位同样不可小觑。

在电动化车型当中，有一个动力输出强大，同时能耗高效的电机，往往对车辆的性能提升做出巨大贡献。

所以从100多年前的罗纳·保时捷混合动力车，到现在百花齐放的电动车，电动化车型的电机也在不断地进化中。今天就让教授带大家一起看看从最开始的混合动力车型到现在的电动车，电机经历了怎样的发展历程，未来的电机将会是怎样的。

纯电动车早在第一辆汽车发明之前就已出现，但因为续航能力极差，实用性低下而很快被抛弃。对于混合动力车而言，最早的车用电机出现在1900年的罗纳·保时捷混合动力车，这是现存的历史最悠久的电动化车辆，它使用了两个轮毂电机，罗纳·保时捷也成了轮毂电机的始创者。

轮毂电机在这个时候用作驱动电机并不是因为它技术成熟，而是因为当时的机械润滑技术未如现在那么先进和完善，在驱动过程中，机械传动越少效率越高。所以在那时候，轮毂电机就成为了这辆车的总设计师费迪南德·保时捷的首选项。

轮毂电机不存在复杂的传动系，电机外壳转子直接就是轮毂，最大特点当然是传动路径极短，效率相比具有减速齿轮箱的传动系统而言要高得多。在1900年，这样的轮毂电机可以减少高达83%的机械传动损失，着实非常高效。

但轮毂电机会导致较大的簧下质量，严重影响舒适性和操控性，在目前传动系统效率越来越高的情况下，轮毂电机的高驱动效率优势并不明显。所以轮毂电机在乘用车上的能见度并不是那么高，在商用车等对簧下质量要求较低的车型中，轮毂电机使用就比较广泛了。

现在依然有整车和零部件厂商在研发乘用车用轮毂电机。比亚迪即将在今年发布的全新高端品牌中，首款亮相的越野车将会用到轮毂电机。而比亚迪早在大巴等商用车上应用了轮边电机，足见比亚迪技术储备之深厚。

在汽车发展历史很长的一段时间内，由于电气技术的滞后，电动化车型很长一段时间内都无法成为主流，电动化车型的发展经历了一轮真空期。

直到1997年丰田凭借着第一代普锐斯，宣告了“世一混”——THS的到来。

THS的电机其实也有非常悠久的历史了，虽然一路用的都是永磁同步电机，但在一些技术细节上，THS的电机仍在不断进化，这些技术进化还辐射到了丰田的纯电动车和燃料电池车上。

包括THS在内的丰田电动化车型上，无一例外使用了永磁同步电机，比如在第二代丰田MIRAI上使用的1KM型电机，就是从雷克萨斯GS450h上的电机改进而来。

GS450h使用的1KM型电机最大功率147kW，最大扭矩275Nm。而第二代MIRAI使用的1KM电机最大功率134kW，最大扭矩则提升至300Nm。同样是1KM型电机，除了账面数据还有什么不一样？

答案就隐藏在永磁转子中。永磁转子的外壳增加了几道横沟，这是为了更好地引导磁阻转矩和磁铁转矩，而永磁转子内部进行了较大幅度的升级。

转子单元中原本两块磁石被重新分割成了3块，并重新布置了位置，磁石用量因此减少了20%，而且电磁钢板的掏空设计也让永磁转子更加轻量化，并提供了更高的合成转矩，整个电机的峰值扭矩因此得到了提升。

至于电机本身的效率，经过20多年来的进化后，THS的电机最高效率达到了95%，相比第一代普锐斯使用的电机，效率提升高达40%。虽然说1KM型电机还在使用圆线集中式绕组，但是在最新的TNGA混合动力车型中的MG2驱动电机已经升级为更高效的分布绕组扁线电机了。

丰田还在多种能源路线齐发力，隔壁的本田已经铁下心来投入纯电动车研发了。他们在电机技术上的积累同样非常深厚。

下面就是用在Honda e、e：HEV车型上的F/H5型电机和用在i-MMD系统上的H4型电机。看图就能很明显看出两款电机的区别。

H4和H5型电机均用上了分布式绕组，但是H5的一个最大的改动是将圆线换成了扁线。扁线相对圆线的优势我已经在上一篇文章中提到了，电阻更低，磁通量更大，功率密度更大，更利于做出小尺寸高功率密度的电机。

F/H5型电机的绕线也非常有特色，在电机外缘，扁线的缠绕形式像一个S形，本田将这种绕线方式称为“Watari”，在不产生磁场的绕线中，通过这种独特的绕线方式尽可能缩短绕线长度，进一步降低铜损。

同时为了尽可能降低将电机高速旋转时产生的涡电流，从外部采购的电磁钢板厚度仅为2毫米，整个转子部分有多层电磁钢板叠合而成。这非常考验加工时的精度，多层电磁钢板一旦在加工时出现错位，插入其中的磁石就很容易造成损坏。

针对e：HEV车型的工作区间，本田还给专供混动车型的H5电机增加了一个升压转换器（VCU），帮助电机在高速运转时有更好的动力表现和效率。

上面两款电机都是日系混合动力电机的代表，他们为汽车电动化做出了不可磨灭的贡献，那来到纯电时代，电机又会是怎样的呢？

奥迪在前不久发布了基于MLB Evo平台打造的e-tron S，相比使用双感应异步电机的e-tron，e-tron S的解决方案来得更加简单粗暴——直接在后桥塞下了两个感应异步电机，和前桥的感应电机组成了三电机系统，在Boost模式下可输出370kW的最大功率和973Nm的最大扭矩。

相比永磁同步电机，e-tron S使用的感应异步电机结构上会有少许差异，转子变成了绕线组。但是e-tron S电机的精髓不是在它的结构，而是在它的控制。

奥迪为e-tron S打造了一套扭矩矢量控制系统，在几毫秒内就能改变两个后桥电机的扭矩输出，最大扭矩输出差高达2100Nm。相比使用托森差速器或电控LSD的quattro系统而言，响应速度提升了4倍。

当然这套系统的缺点当然是感应异步电机相比永磁同步电机体积更加庞大且笨重，这个问题只能留给后续使用PPE平台打造的新车了。但电机响应速度之迅捷，还是能在这台e-tron S上可见一斑。

未来电动车的研发，到底是电池主导还是电机主导，至少目前大家最关注的续航里程这项数据，电池依然是最关键的因素。

但是可以说电机就一无是处吗？当然不是。电机作为将电能转化为驱动力的核心，是能和电池相提并论的电动车三大系统之一。没有了电机，想让电动车跑起来也就无从谈起。

而且如果未来相当长的一段时间内电池技术是迟迟未能出现大幅度突破，提高电机效率将成为研发人员攻关的下一座山。高效率电机+换电系统，可能会因此成为未来一段时间内电动车的主要构成。所以电机研发的地位依然不可小觑。

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