高中物理：直流有刷电机， 一个永磁体（磁铁）作为定子，一个线圈作为转子，通电后产生磁场，“同性相斥，异性相吸”的原理，他会绕着定子转动。

转动180度之后，定子的N极挨着转子的S极了，它们两个开始相吸，不转了怎么办？

然后发明了改变电源的电流方向的换向器和电刷。

电刷的正负极与电池的正负极相连，转子每转过180度，电刷与换向器的连接发生转向，线圈原本的正极变成负极、负极变成正极，以此交替循环，实现电磁力推动转子线圈持续旋转。

电刷一直在换向器上刷来刷去，势必产生磨损，偶尔会产生电火花的哟。

同步和异步指的是什么？

转子转速和定子产生的磁场的速度是否一样。

先看永磁同步电机：

电机转子中填充了永磁体，如钕铁硼材料制作，称为“永磁王”，是目前磁性最高的永磁材料。而获得这种材料需要一种稀有物品——稀土。

稀土家族是来自镧系的15个元素，加上与镧系相关密切的钪和钇共17种元素的集合体，中国的稀土储量最多时占世界的71.1%，目前占比在23%以下。

先给绿色线圈通电，产生类似条形磁铁的磁场。而如果给三组线圈都通电，三组线圈的磁场就相当于三根条形磁铁成“米”字型放在定子内部，产生不断旋转的磁场，转子就会受到定子产生的磁力而转动。

通电线圈发生变化后，转子受力

转子转速和定子产生的磁场的速一样，叫同步电机。

这样磁场中的转子由于任意方向都有磁铁受力，因此这就使得转子稳定的旋转起来。

交流异步电机：

交流异步电机有鼠笼式和线绕式：

没有永磁体，转子和定子都是靠通电才能产生磁场的。

交流电的频率和方向是不断变化的

假设我们给A绕组通入交流电，它会产生一个方向和大小都不断变化的磁场，对于另外两个绕组来说也是这样：

把通电的顺序调一下：A相先通电，等A相交流电电压波形摆了三分之一周期再给B相通电，等B相电压又摆了三分之一周期给C相通电。

这时候合成的磁场变成了这样：大小固定，方向变化规律。

高中物理中“导体切割磁感线运动”，产生了感应电流。

这个电流在旋转的磁场中又受到安培力的作用，使导体转动，这两个转动的叠加导致转子的转速和定子产生的磁场的速度不一样，也就是“异步”的意思。

同步/异步电机的优缺点？

永磁体依赖稀土，如果想要大的功率，就要大块的永磁体，造价高；

而且虽然叫“永磁”，但它在高温之类的恶劣环境下容易退磁。

异步电机，成本十分低廉，工艺简单、功率密度低、质量大、效率低。

但在同样的功率和扭矩下，异步电机所需要的体积和重量要远大于永磁同步电机。

特斯拉为啥喜欢用异步电机？

一是异步电机更能适应恶劣的环境，而特斯拉这种定位较高的车型可能会比家用车更多的经历激烈驾驶等状况，那么异步电机不易退磁的特性就非常它们契合了。

第二个是永磁同步电机的核心材料稀土的问题，对于我国和日本而言，我国拥有不错的稀土资源。

第三是特斯拉在异步电机上有自己的专利，规避了异步电机的缺点，比如铜芯转子的技术，下面简单给大家介绍一下：

目前大多数异步电机的转子，就是那个鼠笼，的材料是铝，铝有着较好的电导率和较低的熔点（660.4℃）成本也有优势，但是它的效率有限，难以更进一步，如果使用电导率更高的铜来制作鼠笼，电机的效率将会显著提升。

但是铜的熔点高（1083℃），铜芯转子难以制造；并且焊接铜的成本也很高，对焊点强度的要求也很高。

▲ 不同金属电阻率

Tesla的专利Rotor Design for An Electric Motor，采用了焊接铜工艺，先是与焊接鼠笼技术方案相同，将铜条插入了转子槽中，之后本来应该焊接端环，但特斯拉制造了一组表面镀银的铜质楔子，将这些楔子插入了铜条端部的间隙之中，插完楔子之后，在楔子和铜条之间进行焊接，这个焊接要求的成本、难度都比较低。焊接完成后，再把端环插进去。

实物长这样：

好的，我们来总结一下本文：

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