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  特斯拉以前使用的是异步感应电机，但在MODEL3上也开始采用永磁同步电机。为了详细的介绍，特斯拉制作了一个视频，视频质量很高，深入讲解了两种电机的原理，很值得观看。然而，由于视频的专业性，不太适合科普，因此我将其剪辑并配文，加上详细的解释文字，希望能让大家更好地了解同步电机的结构和原理。

  这种同步电机的名称很长，被称为“内置永久磁铁同步磁阻电机”，简称IPMSynRM，其中IPM代表内置永久磁铁，Syn表示同步，RM代表磁阻电机。

  同步电机和异步电机在结构上有一些不同。同步电机的转子轴向有6组V形槽，插入了磁性强大的“钕铁硼”稀土磁铁，而异步电机的转子则由金属条组成的“鼠笼”构成。这种设计的目的是为减少涡流发热，因为钕铁硼是金属材料，易在涡旋磁场中感应出涡电流，导致发热。发热不仅浪费电能，还可能会引起磁铁失磁，即磁性突然消失且无法恢复。

  异步电机的转子由金属条组成，两端是金属盘，整个结构呈“鼠笼”状。特斯拉使用的是铜条，导电性能更好，发热更小。电机定子内部有多个槽，槽内嵌有线圈，线圈分为三组，槽数总是三的倍数。

  当给定子的三组线圈通入三相交流电时，线圈会产生旋转磁场，这种磁场的形状如图所示，箭头表示磁场方向。三相交流电产生的旋转磁场是一个神奇的设计，由特斯拉发明。当旋转磁场旋转时，鼠笼转子上的金属条会切割磁场线，从而感应出电动势。电动势越大，转子受到的力也越大，但当转子速度与旋转磁场同步时，转子的力为零。

  异步电机和同步电机的工作原理略有不同。异步电机的扭矩速度关系曲线显示，启动时转矩随速度增加而增大，达到最大值后，随速度增加扭矩急速下降，直到同步速度后，扭矩为零。同步电机则是利用异极相吸，让旋转磁场带着磁铁同步转动。

  同步电机转子使用“钕铁硼”磁铁，但这些磁铁成本高，怕高温失磁。为了更好的提高温度性能，人们在磁铁中添加了稀土“镝”，但成本更高。通常，人们会将磁铁安装在硅钢转子上，形成“2对4极”的结构。

  铁芯的最大的作用是减少涡流损耗，定子和转子都使用了硅钢片。特斯拉MODEL3的同步电机转子设计为内置V形磁体，共有10组，这种设计在低速时扭矩大，但在高速时会产生反电势和磁涡损耗。

  为了解决这样一些问题，IPMSynRM电机将磁体嵌入转子内部，利用磁阻原理产生磁阻扭矩。磁阻扭矩的原理是磁场会走磁阻小的路径，当铁芯转过45度后，磁场线变得更容易通过，由此产生扭矩。

  IPMSynRM电机的转矩来自两个方面：磁阻转矩和永磁体转矩。磁阻转矩的原理前面已经分析过，而永磁体嵌入槽后不可能影响铁芯的磁阻转矩，因为磁铁的磁导率与空气相同。

  IPMSynRM电机的合成磁场变得复杂，但外部磁场仍保持类似。这种设计在低速、中速和高速区间都能取得均衡性能，是电动汽车的理想选择。

  特斯拉MODEL3的同步电机采用3对6极设计，极数增加能大大的提升驱动力和减小振动，但成本也更高。总的来说，IPMSynRM电机比异步电机效率高2%，虽然看似不多，但对电池供电的电动汽车来说，这2%的效率差异是不可忽视的。

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