电动汽车电机的损耗有哪些？

从广义上讲，电机损耗可分为机械损耗或电气损耗，机械损耗主要来自轴承摩擦和与旋转转子相对的任何风阻，纯粹的摩擦损耗是转速的线性函数，并且是典型PM或感应交流牵引电机总损耗的一小部分。风阻即电机中任何旋转部件的空气位移，往往是总损失的较大损耗之一，最小化有效正面面积可以在减少风阻损失方面带来巨大的收益。具有平滑转子的电机，例如电动汽车中偏爱的永磁和感应交流电机，其风阻损耗将比转子中带有绕组的同等尺寸电机（例如所有直流和绕线转子交流电机）少。

电损耗也可以分为两大类，传统上被称为“铜”和“铁”，电机的导体由铝制成，磁性结构/框架由钢制成。铜损包括产生磁场所消耗的任何功率。这包括交流感应电机中的转子，永磁交流电机中实现弱磁场所需的任何额外电枢电流，更明显的电阻损耗，以及不太明显的交流损耗（来自趋肤效应和邻近效应）。

电阻损耗，也称为 I2R 损耗，往往电动汽车的电机中占主导地位，它们经常在高电流和低 RPM 下运行。在这种情况下，RPM 和扭矩的乘积即电机总功率非常低， I2R 不关心 RPM（电压）分量，因此当从完全停止启动负载时，电动汽车的电机的效率将是非常糟糕。

从直流到光的频率会产生纯电阻损耗，而趋肤效应和邻近效应可以被认为是随频率增加的电阻损耗。趋肤效应是电流随着频率升高而越来越受限于导体外周的趋势，它流过导线的交流电在导线（涡流）中感应出的微小电流回路引起的。这种涡流回路与源电流的大小成正比，也与磁场的变化率（即源电流的频率）成正比。这些涡流阻碍了导体中心的电流流动，并在外围增加了电流，这就是电流越来越受外围限制的原因。

趋肤效应通常的解决方案是将一根大导线分成许多彼此绝缘但平行的小导线，但这会导致邻近效应的更多损耗，这与趋肤效应基本相同，只是它是由来自附近其他导体的交流电流引起涡流，基本上，绕组的层数越多，邻近效应损耗就越高。

涡流的产生是因为任何时变磁场都会在任何附近的导体（包括源导体）中感应出电流。随时间变化的磁场会在附近的导体（包括其自身）中感应出电压，并且该电压会导致电流在围绕源导体的环路中流动。对于给定的间隔距离、回路面积和磁通量变化率，感应电压是固定的，因此产生的电流将与回路电阻成反比，与回路面积和源电流频率成正比。因此，在银和铜等更好的导体中的涡流比在电工钢或铁氧体（几乎是绝缘体）等较差的导体中的涡流更高。电工钢是一种铁硅合金，专门设计用于最大限度地提高体电阻率，而不会过度损害其磁性能，例如磁滞损耗和饱和磁通密度。

电工钢的绝对电阻率相当低，铁素体的体电阻率非常高，但它的饱和极限也低得多（通常为 0.35 T，而 1.3-1.5 T），因此不太可行用于电机的电枢。幸运的是，通过简单地将一个整体结构分解成一堆彼此绝缘的叠片（通常带有薄漆或氧化物涂层），完全可以减少回路面积。使用的叠片越薄，涡流损耗越低，随着叠片变薄，它们的绝缘涂层在总厚度中所占的比例越来越大，因此对叠片的使用厚度有实际限制。

铁损的最后一个磁滞，它基本上是磁化方向或磁通密度变化的阻力，所有电机中的电枢都是由交流电流激发的，无论是由外部逆变器还是电刷和换向器提供，其磁路在相反极性之间反复经历磁通密度的大幅波动。耐受此类操作的磁性材料需要“软”，即易于磁化（低矫顽力），同时不保留磁矩（低剩磁）。相反，难以磁化（和退磁）的材料被归类为“硬”材料，它们往往可以制成良好的永磁体。磁滞损耗基本上是衡量磁性材料有多软的指标，它依赖于磁通密度。

结论

最后还有各种“杂散”损失，最显著是漏磁，它基本上是没有将转子和定子连接在一起的任何磁通，它没有做任何有用的工作，这种未连接的磁通也会从激励电枢的有效交流电压中减去，它转化为电感。此处考虑的最后一个损耗机制是共模电容耦合电流，这些电流的实际功率损耗往往很小，但它们会腐蚀轴承并损坏相绕组上的绝缘，还会导致车辆无法通过 EMI/RFI 辐射测试。