電動汽車/混合動力汽車的電機解決方案一般有：感應電動機（即交流異步電動機）
，永磁同步電動機
，開關磁阻電機三種。其中開關磁阻電動機震動、噪zao聲sheng較jiao大da，在zai大da型xing客ke車che上shang有you所suo應ying用yong，而er乘cheng用yong車che領ling域yu多duo為wei前qian兩liang者zhe，即ji感gan應ying電dian機ji或huo永yong磁ci同tong步bu電dian動dong機ji。說shuo起qi感gan應ying電dian機ji和he永yong磁ci同tong步bu電dian機ji的de轉zhuan子zi區qu別bie，從cong材cai料liao上shang看kan可ke以yi簡jian單dan認ren為wei：除了兩者都需要使用的矽鋼片，永磁同步電機中使用了永磁材料，感應電機的轉子則通常用鋁或銅來製造。

 

那麼感應電機和永磁同步電動機比較起來，二者孰優孰劣？我作了一張簡單的圖對比了它們的性能。

 

 

從cong性xing能neng上shang看kan，永yong磁ci同tong步bu電dian機ji在zai瞬shun態tai仍reng然ran可ke以yi保bao證zheng較jiao高gao的de效xiao率lv
，同tong時shi有you著zhe更geng大da的de功gong率lv密mi度du
，因yin此ci適shi用yong於yu頻pin繁fan起qi停ting的de工gong況kuang以yi及ji較jiao小xiao的de乘cheng用yong車che布bu置zhi空kong間jian。而er感gan應ying電dian動dong機ji勝sheng在zai成cheng本ben低di、可靠性更高，同時穩態的效率也不錯（大部分工況85%~90%以上），因而在高速路網發達的工況以及較大的乘用車布置空間的條件下，感應電機可以滿足需求。

 

此外，另一個很重要的因素是：永(yong)磁(ci)同(tong)步(bu)電(dian)機(ji)所(suo)需(xu)要(yao)的(de)釹(nv)鐵(tie)硼(peng)永(yong)磁(ci)材(cai)料(liao)是(shi)稀(xi)土(tu)資(zi)源(yuan)，對(dui)於(yu)稀(xi)土(tu)資(zi)源(yuan)缺(que)少(shao)或(huo)稀(xi)土(tu)工(gong)業(ye)不(bu)發(fa)達(da)的(de)國(guo)家(jia)而(er)言(yan)

，車(che)用(yong)動(dong)力(li)電(dian)機(ji)的(de)技(ji)術(shu)方(fang)案(an)是(shi)與(yu)國(guo)家(jia)安(an)全(quan)相(xiang)關(guan)的(de)。

 

綜合以上因素，應用兩種解決方案的國家與地區如下圖：

 

 

當然，也並不能一概而論地說，歐美英所有的電動車都使用了感應電機，永磁同步電機或鐵氧體同步電機（這個技術也避免了永磁材料的使用）等技術方案在歐美英同樣存在。而對於我國和日本而言，我國擁有全球70%的稀土資源，釹鐵硼磁性材料的總產量達到全球的80%（盡管高端釹鐵硼產量有限）。日本則是稀土產業的大國
，世界銷量前三的釹鐵硼公司：住友特殊金屬公司、新越化學實業公司和TDK集團都是日本公司，其實力可見一斑。

 

因而Tesla選擇感應電機是更可靠（沒有退磁風險）
、低成本（永磁材料成本占到同步電機材料成本的70%）

、高效率的解決方案。至於Tesla是怎麼將感應電機做到更加高效
，就要看銅芯轉子的技術了。

 

 

感應電動機的主流結構叫做鼠籠電機，名字的來源是由於它的轉子結構好比就是一個鼠籠：

 

 

在工業感應電機的生產製造中，這樣的鼠籠通常都是用鋁鑄造而成
，鋁有著較好的電導率和較低的熔點（660.4℃）成本也有優勢，因而鑄鋁轉子成為了感應電機轉子的主流。

 

但是使用鑄鋁轉子的感應電機效率有限
，難以更進一步
，如果使用電導率更高的銅來製作鼠籠
，電機的效率將會顯著提升！

 

不同金屬材料的電導率如下圖（藍色線是銅


，粉色線是鋁）：

 

 

但是問題來了，既然銅有百般好，為什麼卻不用它
？原因是銅的熔點高（1083℃）、銅芯轉子難以製造。

 

首先來看用鑄造的方法來生產銅芯轉子
，在AC Propulsion和MIT關於鑄銅轉子的合作研究中，研究者嚐試通過鑄造相同尺寸的銅芯轉子電機
，來對比不同的鑄銅工藝。他們先是嚐試製造了直徑為6英寸的轉子，結果出現了下圖的情況：

 

 

由於鑄銅端環氣泡過多、無法進入間隙等問題，6英寸的銅芯轉子無法通過鑄造方案製造出來。於是他們轉而製造了3英寸的銅芯轉子進行實驗。

 

從該研究中
，可以看出較大尺寸的銅芯轉子對鑄造有著極高的工藝要求，可靠的鑄銅工藝還很罕見。

 

那麼轉而使用焊接呢
？實際上，通過焊接手段製造銅芯轉子是主流的技術手段

，它的製造過程是這樣的：先將銅條插在轉子槽中
，再在兩側焊上端環（端環通常使用離心鑄造法製造，離心鑄造的工藝可以排出其中的雜質和氣泡）
，如下圖：

 

 

但(dan)製(zhi)造(zao)銅(tong)芯(xin)轉(zhuan)子(zi)的(de)焊(han)接(jie)工(gong)藝(yi)需(xu)要(yao)采(cai)用(yong)感(gan)應(ying)釺(qian)焊(han)，成(cheng)本(ben)較(jiao)高(gao)。且(qie)由(you)於(yu)電(dian)機(ji)轉(zhuan)子(zi)的(de)工(gong)作(zuo)條(tiao)件(jian)
，對(dui)焊(han)接(jie)點(dian)的(de)強(qiang)度(du)要(yao)求(qiu)比(bi)較(jiao)大(da)。如(ru)果(guo)焊(han)接(jie)點(dian)出(chu)現(xian)損(sun)壞(huai)
，輕(qing)則(ze)影(ying)響(xiang)整(zheng)個(ge)電(dian)機(ji)的(de)性(xing)能(neng)，重(zhong)則(ze)造(zao)成(cheng)轉(zhuan)子(zi)損(sun)毀(hui)。

 

永磁體昂貴
、鑄鋁轉子效率低、鑄銅轉子工藝難度大、焊接銅工藝成本高，在這樣的情況下
，Tesla Motors是怎麼做的呢？

 

 

先是與焊接鼠籠技術方案相同，將銅條插入了轉子槽中，插完之後效果如下圖：

 

 

實物差不多是這個樣子：

 

 

然後，下一步本應該是焊接端環，而Tesla卻另辟蹊徑！

 

Tesla製造了一組表麵鍍銀的銅質楔子
，將這些楔子插入了銅條端部的間隙之中，這樣一個機械構造的端環就製造完成了！

 

（楔子形狀）

 

（轉子端部爆炸圖）

 

（轉子軸向視圖）

 

插完楔子之後，在楔子和銅條之間進行焊接，這個焊接要求比焊接方案中端環的感應釺焊成本、難度都低多了。焊接之後，再在兩端箍上禁錮環（下圖中107部件）：

 

 

禁錮環的配合有效保證了轉子的機械強度，實物如下圖：

 

 

這個專利用巧妙的方案完成了低成本
、高效率的銅芯轉子製造，堪稱Tesla的核心技術之一。

 

這一項技術曾是Tesla關(guan)於(yu)電(dian)機(ji)的(de)秘(mi)密(mi)，我(wo)在(zai)閱(yue)讀(du)專(zhuan)利(li)之(zhi)前(qian)對(dui)此(ci)一(yi)無(wu)所(suo)知(zhi)，僅(jin)僅(jin)是(shi)閱(yue)讀(du)的(de)過(guo)程(cheng)就(jiu)猶(you)如(ru)揭(jie)秘(mi)
，十(shi)分(fen)過(guo)癮(yin)，想(xiang)來(lai)如(ru)果(guo)親(qin)身(shen)參(can)與(yu)機(ji)器(qi)的(de)研(yan)發(fa)，一(yi)定(ding)是(shi)滿(man)滿(man)的(de)得(de)意(yi)！

 

（來源：第一電動網）