近来一直听闻有媒体，甚至有专业行业内的工程师撰文，声称给电动汽车增加一个2或3档变速箱，能大大提高电动汽车的效率，降低能耗云云。也不知道是不是存在某些变速箱制造商之间的利益关系。但实在看不下去了，就必须有人站出来说句话了！

一．先从谈谈机械特性开始：

 1、机械特性指的是动力力矩（或者动力）与速度的关系；

 2、如果阻力矩增大，这时动力力矩也随之增大，速度却不减小，保持恒速，就是机械硬特性；

 3、如果阻力矩增大，这时动力力矩也随之增大，速度也随之减小，不能保持恒速，就是机械软特性；

 对于电机系统而言，则是增加了控制部分，控制部分也会改变整个电机系统的机械特性，如下：

电流闭环控制时，其机械特性为软特性：

（1）负载增大时，电流要增大，这时速度会减小，保持电流不变；
（2）负载减小时，电流要减小，这时速度会增大，保持电流不变；

速度闭环控制时，其机械特性为硬特性：

（1）负载增大时，这时速度要减小，增大力矩，保持速度不变；

（2）负载减小时，这时速度会增大，减小力矩，保持速度不变；

从牵引用途而言，为了充分发挥功率，并且在电网电压波动的时候几乎不影响牵引性能，因此多年来，牵引用途全数使用机械软特性的电机作为主动力。可是由于种种客观原因，今日我们必须使用无刷电机来牵引车辆，而无刷电机的机械特性是硬特性，因此往往搭配电流闭环控制策略来实现系统的软特性，但却带来了其他不良效果。于是乎，有人提出给电机搭配变速箱来绕开此矛盾。但是，他们却完全没有打开思路，从更换电机种类的角度去思考问题。

二．一个争议的开题：只知其一不知其二

很多人会说，虽然电机本身的机械特性分软特性，硬特性，但是我们通过不同的控制策略，是可以把软特性电机用在硬特性需求领域，或者反之把硬特性电机用在软特性需求领域（比如目前新能源车辆主流的永磁无刷和永磁同步电机，搭配电流闭环控制策略）。

话虽如此，但他们其实也是只知其一不知其二了。因为他们忽视了另一个重要的因素：不同种类的电机，电枢电流和输出转矩之间的比例关系。具体如下：

电流和转矩成正比，电流和转矩的平方成正比。因此，在输出同样大小转矩的时候，软特性的电机，需要的电枢电流，远低于硬特性的电机。这对于电池组而言，是天大的优势。换句话说，天生具有软特性的电机，本身就是有“小电流换大转矩”的本事。

传统车辆需要变速箱的原因，其实本质是为了获得接近“恒功率”的轮周动力曲线。内燃机的扭矩曲线图表明内燃机更接近“恒转矩”状态。功率则随着转速的攀升而增大。车辆起步时，发动机从怠速攀升，低转速下却需要在轮周上输出巨大扭矩，因此只能使用改变传动比来实现这一目的（相当于变速箱的1或2档）。而随着车速的升高，不断降低转动比。

软特性的电机，基本运行状态，是工作在非常宽的“恒功率”区间的。我们知道，功率是转速和转矩的乘积。功率恒定不变，那么转速和转矩就自然成反比关系。车辆遇到障碍物或者爬坡或者起步时，因为阻力大，因此导致电机转速降低，因此电机转矩自动增大，以此克服阻力。而当车辆达到一定车速后，仅仅需要不大的维持转矩和维持功率就可以保持车速，此时车轮转速高，电机转速也高，相应的，电机输出转矩就自动降低。—— 这是我们理想中期望获得的特性，我们称之为“牛马特性”。而且这一特性并非通过采用闭环控制技术来实现的，而是天生就具有（纯开环状态下）的机械特性。只要给定电枢电压，电机会跟随实际遇到的阻力自动调节转矩和转速（我们称之为“转矩自适应”） 

利用好这一特性，我们甚至可以把电动汽车设计为左右车轮各一台独立电机牵引，取消差速器。弯道中由于左右车轮各自不同的转速，左右两台电机去“自适应，自平衡”。大大简化了这一类布局的电动汽车的控制逻辑的设计难度。

三．何种电机最有未来      

天生具有机械软特性的电机，是串励直流电机。纵观铁路行业，1950年代开始发展起来的电传动柴油机车、电力机车，公交行业的有轨/无轨电车，几乎全都是清一色的装备串励直流电机。从早期的串联电阻箱调速，到后来随着晶闸管技术发展起来的斩波器调压技术，可谓是几十年一统天下。可是由于先天的原理所限，此电机无法脱离换向器和电刷工作，也就是说无法构成无刷电机。因此可靠性差，寿命短等等缺点，限制了其的应用。另外，此类电机无法工作在发电机状态，也就是说，无法在制动减速时能量回收。因此，人们一直在寻找一种可以代替此类电机的新型电机。最终寻找的结果是开关磁阻电机。开关磁阻电机天生就有类似串励直流电机的“串励软特性”。但开关磁阻电机也存在着噪声大，震动大等一些缺点。因此较难在乘用车领域普及（事实上商用车领域里早已被采用，比如二汽东风。国外方面，日本丰田和东京大学合作，在下一代普锐斯轿车上运用此类电机，英国捷豹公司则在下一代75系平台上运用该类电机）。虽说存在这样那样的缺点，但瑕不掩瑜，在工程师的努力下，针对开关磁阻电机的改进也取得了不错的成绩，其中典型代表就是电励磁双凸极电机。

四．关于给电机增加变速箱以优化效率的思考：

电机产品通常都会标注额定最高效率这一参数。但我们往往忽视，这个参数，是电机在额定转速和额定负荷工况下的最佳效率上限。比如一台电机的额定效率是93%，那么一旦它脱离了额定转速（特别是低转速）或者脱离了额定负荷（特别是轻载）时，效率会大打折扣。比如常见的三相异步电机的这一问题就非常典型，轻载部分负荷工况时的效率往往甚至低于75%，因此特斯拉公司也曾计划过给特斯拉（该品牌使用交流异步电机）搭配一台2档变速箱。

另一方面如上文所述，永磁电机是目前国内新能源汽车的首选配套电机，但和异步电机一样存在上述的效率缺陷。另一点，永磁电机的转矩和电流成正比。因此在电机大转矩输出的时候，电机的输入电流也随之正比例上升。为了控制电机的电流增大过多，增设一台2档变速箱就是一个非常不错的方案了。但对于开关磁阻电机而言，转矩的平方和电流成正比。这意味着，开关磁阻电机在输出同一大小转矩的时候，需要的驱动电流远小于永磁电机。

开关磁阻电机，虽然最高效率不算拔尖（一般在90%左右），但从电机起步（甚至是空载起步）后转速仅仅100转/分时，到极限上万转的高转速下，往往效率已经远高于80%以上了。因此，这一类电机表现出来的特征，则是最高效率不拔尖，但“高效率范围”非常宽广。加上本身的恒功率宽度非常大，因此给此类电机增加变速箱，本身就是多此一举。所以我们并不需要画蛇添足的去增加一台2档或者3档变速箱来提高此类电机的效率表现。

五．关于稀土资源的考虑：

很多学者张口就来，认为我国稀土资源丰富，应当大力开发稀土永磁电机系列。但是，稀土资源作为一个重要的国防战略资源，是用一点少一点的。稀土磁钢本身也有耐热极限，而且随着使用时间的推移，本身的磁性也在不停的退化减弱，日积月累下，电机整体性能和效率会有一定程度的降低。而对于电励磁系统而言则完全无此顾虑。

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