轰鸣的小跑SVM 25-10-06 08:00
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华为最近有个专利,定子极数可变的动力总成、控制方法和电动车辆---一句话说明白的话,它可以让一台电机,在同步和异步之间自由切换。过去电车的电机,几乎都在两个阵营之间摇摆,永磁同步电机(PMSM)和感应异步电机(IM),前者扭矩大、响应快,但高速要靠“弱磁控制”拉着跑,损耗惊人;后者结构简单、抗造耐高温,但低速时扭矩弱、响应慢。

这俩就像一个是爆发型选手,一个是耐力型跑者。
理论上,你肯定想要一个既能爆发又能耐跑的,问题是电机不讲武德,极数定死了,磁场逻辑就写在铁芯上了。

华为在专利里写下“定子极数可变”的那一刻,真正有意思的事情发生了。

它在干什么?
这台电机最大的不同点,就是定子的磁极数可以变。
正常电机的定子线圈是一组三相绕组,三相电流错开120度,相互交替形成一个旋转磁场。这个磁场和转子的磁极“咬”在一起,才能产生转矩。极数一旦定下来,整个电机的电气周期和机械周期都固定了。

但华为这套系统里,定子不是一组绕组,而是多组三相绕组;
控制器(MCU)也不是一台逆变器,而是多路并联逆变电路。

你可以理解成,一台电机,背后藏着几台小逆变器,它们可以分工合作,也可以结盟同步。当这些逆变器输出的电流相序一致时,多组绕组的磁极会合并,磁场极数就变少;当相序各自独立时,磁极数变多。也就是说,只要改变相序,就能在电子层面“重排磁极”。它不靠机械切换,不需要双定子,也不用动线圈,只是依靠控制算法完成极数切换。这是非常优雅的一步。

它的逻辑呢?
我们都知道,永磁同步电机效率高,但在高速区有一个老毛病,反电动势太大。
转子上那几块永磁体就像一堵墙,车一旦跑起来,反向电势迅速升高,控制器必须“弱磁”,否则电流压不进去。这就意味着在高速巡航时,效率掉得厉害。而异步电机的逻辑是反过来的。它靠感应电流来产生磁场,高速时转差变小,铜损降低,反而越跑越轻松。

华为做的事情,是在低速时用同步逻辑起步,定子极数与转子极数一致,磁场同步旋转,扭矩输出迅速;而在高速时,把定子极数降一半,例如从8极变4极,此时转子和定子的磁场不同步,导体里自然感应电流,电机就变成了异步工作模式。简单说,就是低速咬合、高速滑行。

这样一来,永磁同步的低速爆发力与异步电机的高速效率,在同一台机器里共存了。
更重要的是,切换瞬间无机械动作,只靠电控,几毫秒就能完成模式转换。

它的物理图景呢?
想象一台八极电机,绕组分四组。
四台逆变器分别控制四组三相绕组。当四组相序各不相同时,定子会形成8极磁场;
当两两相序同步后,磁极合并,变成4极。转子是8极的永磁体,同时内嵌导体孔,允许产生感应电流。当极数不匹配,转子中出现感应电流,形成“感应磁场”,这是异步模式。

所以,这台电机其实是永磁体与导体的混合型转子。它是“既能同步又能异步”的物理基底。

整个控制逻辑大致分三类:
a.按转速切换:
当转速 ≤ 预设值(比如3000rpm),定子极数=转子极数 → 同步模式;
当转速 > 预设值,定子极数减半 → 异步模式。

b.按扭矩切换:
当扭矩需求大 → 同步模式;
当扭矩需求小 → 异步模式。

c.按场景切换:
上坡或起步 → 同步(给足扭矩);
下坡或制动 → 异步(能量回收);
转弯时(分布式驱动)→ 外侧异步、内侧同步,提升操控稳定性。

这其实不止是一台电机的事了,而是一个能理解车况的电驱系统。
其实很有意思,它把“变速箱”的概念搬到了电磁层面。
传统燃油车要兼顾起步与高速,就要用多挡变速箱;而在电驱领域,极数变化本身就能改变磁场转速与机械转速的比值,相当于一个“电磁变速”系统。低极数对应高转速区间,高极数对应低速高扭矩区间。所以在原理上,它真的可以做到“无级变速”般的平顺过渡。

对整车来说,这意味着:不用弱磁控制,减少功率器件发热;扭矩带宽更宽,电机利用率更高;在高速巡航时能耗更低,续航更稳。对于华为正在布局的智能电驱平台,这是一个很关键的底层信号了。

当然从硬件上,这种设计成本不低:多逆变器结构意味着功率模块数量翻倍;绕组分组也让壳体空间和接线复杂度增加;控制算法必须具备多逆变协同和极数切换的瞬态稳定控制。

但好处也很明显:
1. 不用额外的电机或机械换挡装置,切换直接电控化了;
2. 低速区效率接近永磁同步,高速区性能接近异步感应;
3. 可以扩展到分布式驱动,一辆车四台电机可以分别在不同极数模式下运行。

换句话说,这是一个“平台型发明”,未来无论是高性能轿跑还是增程SUV,都能复用同一套核心架构。在更大的格局里,这一思路其实在学术界早就有过探讨,也就是“可变极数电机(VPMM)”。但过去的方案往往依赖机械开关绕组或者复杂的双层定子结构,工程上不实用。华为的关键创新让“可变极数”得以落地了。

再往后想一步,这项专利可以与“电驱控制”“扭矩分配”“扭矩预测”等系统深度融合。一台车,电驱系统实时判断路况、坡度、驾驶意图,然后在毫秒内自动切换磁极模式。

嗯?

发布于 广东