完整接受过九年义务教育的各位应该都对电动机这个物体不陌生，它涉及到我们生活中的方方面面。风扇、水泵、甚至到各种运输工具的驱动器，生活中不计其数的电驱机械需要使用到电动机。初中物理接触更多的是直流电动机（DC Motor），它使用直流电驱动，并通过电刷、换向器维持转子不断旋转。但在现实生活应用中，交流电机（AC Motor）的使用同样广泛，在现代电动汽车领域，它更成为行业中的主流。
图：文章开头先为大家梳理清楚电动机的基本结构与工作原理，我们在生活中能接触到的大部份电动机都存在定子与转子两大结构，定子顾名思义就是电机中固定不动的部份，转子则为电机中不断旋转的部份。电动机实际上是利用通电导体会产生磁场、且磁场方向与电流方向有关的原理，通过不断切换电路中的电流方向让电磁体的磁场方向不断改变从而形成旋转磁场。再通过定子与转子磁场之间的同性相斥、异性相吸，让转子跟随旋转磁场转动，从而驱动机械。
在介绍交流电机之前，先介绍驱动它的交流电。1831年，英国科学家Michael Faraday（迈克尔·法拉第）在研究电磁感应原理（不断变化的磁场能在电路中诱发电流）时，发现了交流电。注意，这里只能用“发现”而不能称之为“发明”，因为交流电是自然界中既定的现象，哪怕没有人去研究它，它也存在于世上，只是人们不了解它罢了。
真正属于Michael Faraday的发明，是早期的发电机，也正因他的伟大创新，人类获得了产生交流电的途径。最早接触到的简单电路中流通的是直流电，闭合电路中由于电源两极存在电位差，产生电子定向移动，电流得以单向流通，这就是所谓的直流电。
什么是交流电呢？交流电的电流强度与方向存在周期性变化，也正是发电机中磁体周期性旋转，导致电路中感应电流的方向不断改变，所以大家能理解交流电与发电机之间的密切联系了吧！
图：为什么生活中大家接触最多的市电（家中插座的电源）要使用复杂的交流电而非直流电呢？这是因为早起人们铺设电网时发现，长距离输电所使用的电线由于长度长，电阻极高，从而导致电线的发热量巨大，从而带来极大损耗。想要降低电线电阻在超导材料仍未成熟的今天依旧是天荒夜谈，提升电压能有效较低电路中的电流，从而减小电损耗，因此，高压电传输成为了远距离输电的一剂灵丹妙药。而交流电由于存在易升压的特性，成为了市电的首选。
顾名思义，交流电机就是由交流电所驱动的电机。它的底层原理基于法国科学家François Arago（弗朗索瓦·阿拉戈）在1824年提出的旋转磁场理论，也就是通过不断改变定子的磁场方向，使得具有固定磁场的转子不断旋转。哪怕底层原理有了，产生交流电的方法被早早发明，但交流电机却迟迟未能开发出来。
19世纪末，大批欧美科学家试图开发出可用的交流电机，但都不太成功。直到1885年和1887年，真正意义上的交流电动机才被意大利科学家Galileo Ferraris（伽利略·费拉里斯）和美国科学家Nikola Tesla（尼古拉·特斯拉）所先后发明出来。
图：交流电机借助交流电的周期性变化特性，让通电导体的电流方向跟随交流电的变化而变化，从而导致磁场方向变化。当这种变化密集且连续时，就能实现磁场转动。
风扇、吹风机、水泵这些直接接入市电的电器上使用交流电机无可厚非，因为市电就是交流电，与交流电机简直天生一对。但电动车上的动力电池照理产生的应该是直流电，为什么车企们要大费周章地通过逆变器将它转换为交流电，再驱动交流电机呢？
这是因为直流电机在需要高速、平顺作动的汽车动力应用上并不太适用。有刷直流电机需要通过电刷与换向器来改变转子磁场方向，电刷与换向器的频繁高速摩擦会带来极高的材料损耗，维护成本太高。那无刷直流电机就不存在这种损耗问题呀，但无刷直流电机需要通过控制电路的开闭来实现定子磁场的旋转，属于方波电压驱动，会存在一定转矩脉冲，出力不连贯，对于追求动力平顺的汽车来说是不友好的，而且由于结构复杂成本也过高。
交流电机则不存在这些问题，由于依靠交流电直接驱动，交流电机定子的磁场先天就会伴随交流电的电流方向转变而发生改变，无需换向装置，结构简单且易于维护。而且由于交流电的波形通常为循序渐进的正弦曲线，交流电机的动力平顺性并不成问题。
随着超过百年的发展，交流电机中也存在各种分门别类，数量众多，这里就不一一列举了。接下来我们将挑选出现代汽车应用中最常见的两种类型：永磁同步电机和感应异步电机作简单介绍。
图：永磁同步电机和感应异步电机的最大区别出现在电机转子上，说白了就是转子上的磁场来源存在区别，请大家将焦点聚焦到这个部位。
永磁同步电机（Permanent-Magnet Synchronous Motor）的转子由永磁体构成，换而言之，它的转子本身就带有强磁性。电机定子由若干线圈接入多相电（一般为三相电），从而形成了一圈电磁铁阵列。当交流电流经定子上的线圈时，不断改变的电流方向会引发线圈上磁场极性的不断改变。
由于不同线圈通电存在相位差，它们磁场极性会根据相位变化而依次改变，从宏观角度看，它们所构成的大磁场会根据交流电波形曲线的变换而不停旋转。由于磁体同性相斥、异性相吸，由永磁体构成的转子会被定子的磁场带动同步旋转，“永磁”和“同步”这两个概念就是这样形成的。
当车辆减速，电机转子被车轮带动反转，定子上的线圈还能切割转子的磁感线发电，实现动能回收。因为它的转子本身带有强磁性，永磁同步电机一般拥有更高的效率、更紧凑的体积、更轻的重量以及容易控制等优势。当然，永磁同步电机也并非无敌，永磁体由于长时间高速高温工作存在退磁风险，而且永磁体的制作十分依赖稀土资源，成本更高。
图：正因上述优势驱使，大家不妨多留意现售电动车的配置单，这些车辆上几乎都会搭载至少一台永磁同步电机。
感应异步电机（Induction Motor）的定子也还是那些接入多相电的线圈组，但转子就不再具有磁性了，它由闭合通路的金属导体所组成，一般为铜或铝所制成的鼠笼形式。当定子磁场旋转时，转子的导体切割磁感线会产生感应电流，带电流的导体又会产生磁场成为磁体。同样是在磁体同性相斥、异性相吸的原理下，转子也会跟随定子磁场的旋转而旋转。
不过感应异步电机的工作存在先后顺序，它必须要先有定子磁场旋转才能引发转子产生磁性，获得磁性的转子才能跟随转动。所以定子磁场的转动和转子的转动存在频率上的差异，简单理解就是“先转带后转”的问题，它们之间并不同步，也就有了“感应”和“异步”这两个概念。
同样地，二者之间的转差率也会影响电机的工作状态，当比率为正时电机耗电驱动车辆行驶，当比率为负时电机能实现动能回收减慢车辆速度。显而易见，感应异步电机的优点就是便宜、耐造。但缺点就是效率稍低、体积重量稍大、控制也不如永磁同步电机精准。
图：在一些双电机、多电机的车型上，车企会使用永磁同步电机搭配感应异步电机的组合实现驱动，这也是在性能与成本上取得平衡的结果。
现在很多人将电动车的发展视为汽车历史上的一次革命，先不说同样的“革命”在前百余年历史中也闹过不止一次，无论电动机也好、蓄电池也罢，这些技术都是人类接近两百年的电动工业历史中的积淀，把它们用在汽车上也不过是将其再应用罢了。
当然，不可否认，交流电机、锂电池等技术在近十余年“上车”的进程中也得到了不少性能、可靠性上的发展，但这远远没有到“革命”的程度吧？就算从电动机这个物体的理化性质上观察，它的优势也不足以完全覆盖内燃机的实用价值，例如它在高转速的性能、稳定性上依然有不少短板。
所以大家看待这些技术、事物时也切勿片面偏激，要全面认清其优缺。按照目前电动机的技术水平看来，让其与内燃机组成取长补短的混合动力系统依然会在很长一段时间内占优。
撰文｜車誌编辑部
发表｜CarsMaga.com