閣下的AE86固然很快，但如果我掏出5秒破百的電動汽車......
不知道大家伙有沒有這樣的經(jīng)歷：
出門兒打車
不出意外的話
又會是一輛綠牌兒的新能源車
師傅說：“請您系好安全帶兒”然后
呼之而來的就是
一腳油門帶來的推背感！
回想起幾年前還在QQ飛車里，狼狽地找準時機按下“超級起步”，哪想到今天也可以一腳體驗到現(xiàn)實版QQ飛車了，QQ飛車誠不欺我
不得不說，電動汽車在最近十年的發(fā)展，就像它的破百一樣快，不僅得到國家的戰(zhàn)略支持，也受益于鋰電池在高比能、長循環(huán)、安全性等性能上的突破。作為搞電池的小編不得不說，最近幾年電池的文章真的是多(juan)到爆炸
前幾年網(wǎng)友還在吐槽：誰買誰大冤種，現(xiàn)在真就是真香警告。
不過同樣是四輪汽車，在油車里只有為數(shù)不多的超級跑車可以做到五秒破百，而現(xiàn)在的電動汽車卻可以輕松實現(xiàn)呢？
外號秋名山車神的小編也是很好奇，查了一圈發(fā)現(xiàn)，答案其實很簡單
因為電動汽車它用電啊
換句人話說：電動汽車的加速和它特有的電機構造有關。電動汽車有三個主要的構造，俗稱“三電”，即電池，電機和電控。電池就是整車的能量來源，好比燃油汽車的油箱；電機提供機械動力（轉矩），類比于（多沖程）內燃機；電控就是夾在二者之間用來調速制動的。而汽車的零跑加速，最需要的就是電機在低轉速時所提供的電磁轉矩，大轉矩才可以實現(xiàn)汽車的超快加速。
那么電動汽車的電機究竟是什么高科技？請跟隨小編來一探究竟！
永磁同步電機
首先，目前我國大部分電動汽車廠商采用的是性能較好的永磁同步電機，它的制造材料需要稀土元素，因而造價成本比較高，但是稀土元素恰恰是我國富有的（地大物博就是好），也有一些廠商采用交流異步電機，今天我們就拿主流的永磁同步電機拆解一下：
永磁同步電機（Permanent Magnet Synchronous Motor, 簡稱PMSM），顧名思義就是利用永磁體來提供電機工作所需要的磁場，同步指的是轉子和定子產(chǎn)生的磁場同步。而選擇永磁材料，是因為它去掉外磁場后仍能長期保持很強的磁性，可以用來簡化電機的結構，如下圖：
PMSM的構件主要包含定子和轉子，一般按照“3相4極”布置。定子包括定子鐵芯和圍繞在定子鐵芯周圍的3相定子繞組。轉子包括轉子鐵芯和4極永磁體，有時還有轉子鐵芯上纏繞的籠型繞組。
定子：旋轉磁場
定子的三相ABC繞組在鐵芯槽呈交替分布，三相ABC的電流電角度相差120度，目的是在穩(wěn)態(tài)運行時產(chǎn)生平穩(wěn)的旋轉磁場，我們用下圖進行演示：
當我們分別單獨在A、B、C相通入電流時，定子繞組分別會產(chǎn)生下圖第一行的磁場，右手安培定則就可以得到：
前面我們提到三相電角度相差120度：即先給A相通電，等A相電壓波形“擺”了三分之一周期再給B相通電，等B相電壓又“擺”了三分之一周期給C相通電，就得到了一個旋轉的磁場，如第二行右圖所示↑。
轉子：電磁轉矩
PMSM與普通異步電動機的不同點在于轉子的結構，PMSM在轉子上安裝有永磁體磁極，一般是4極。其在轉子中的分布有很多種，主要分為凸出式，表面嵌入式和內部嵌入式三種：
我們用徑向嵌入式的永磁極進行介紹，磁極的極性與磁通走向見下圖，這是一個4極轉子，在轉子鐵芯上產(chǎn)生四個恒定的磁通。
根據(jù)磁阻最小原理，磁通總是沿著磁導最小的路徑閉合，從而產(chǎn)生磁引力，進而形成磁阻性質的電磁轉矩。當定子產(chǎn)生旋轉磁場時，其內部磁通分布發(fā)生變化，轉子磁極會在磁引力下，跟隨定子產(chǎn)生的旋轉磁場旋轉，進而拉動轉軸旋轉，這就是電機轉矩的來源。
PMSM物理模型
借鑒一篇文獻[5]，對理想的三相PMSM進行模型分析，即先不考慮各種電損耗：
PMSM采用凸出式磁極，永磁磁極直軸d位于磁極整個長度的最大磁通密度線上，即磁極的中心，q軸超前d軸90度的電角度，d，q軸固定在轉子上并隨轉子旋轉。
PMSM在同步旋轉坐標系下的等效電路如下圖所示：
(1) 電壓方程
按照等效電路可寫出 d、q軸的電壓方程為:
其中， ud, uq為定子電壓沿同步旋轉坐標系d, q軸方向的電壓分量；id, iq為定子電壓沿轉子磁場定向坐標系d, q軸方向的電流分量；w為電機轉子的電角速度；Ld, Lq為d, q軸等效電感；Ra為定子等效電阻；Ke為永磁體磁鏈幅值。
(2) 磁鏈方程
電機共磁鏈在d, q軸方向的分量表示為:
(3)?電磁轉矩方程
電機的電磁轉矩方程為:
其中，Te為電機電磁轉矩, TM是磁體轉矩，Tr是磁阻轉矩，p為電機轉子磁極對數(shù)。
從轉矩方程分析，電機電磁轉矩與d軸和q軸的電流直接相關，而四個電機參數(shù)（永磁體磁鏈，d, q軸電感，磁極對數(shù)）在出廠后就是固定的，不受系統(tǒng)參數(shù)的限制。所以電機轉矩只和輸入的電流有關，電流越大，轉矩就越大。
電機運轉所需的電流是由電池提供，電控系統(tǒng)調節(jié)后輸入到電機。當電機開始運作時，可以在低速運轉下輸入很大的電流（功率），帶來巨大的電磁轉矩。
異步啟動
由于轉子的質量較重，慣量較大，一般PMSM不能直接通三相交流來啟動。否則，磁場旋轉太快，靜止的轉子跟不上，便無法跟隨磁場啟動而旋轉。但PMSM可以通過異步啟動的方式，在永磁轉子上加裝籠型繞組，就可以直接用三相交流電來供電，如下圖所示：
當電機開始工作時，電池向定子繞組通入三相交流電，在定子內部產(chǎn)生旋轉的磁場。轉子繞組由于電磁感應產(chǎn)生感應電動勢，進而產(chǎn)生感應電流，并在轉子鐵芯內部形成相應的轉子磁場，該磁場和定子的磁場相斥，磁力將會驅動轉子旋轉。
當轉子旋轉磁場的轉速小于定子旋轉磁場的轉速前，磁場的相互作用產(chǎn)生交變的電磁轉矩，不斷驅動轉子加速，直到二者的磁場同步。
當轉子旋轉磁場幾乎與定子旋轉磁場同步時，轉子繞組不再產(chǎn)生感應電流，轉子上只有永磁體持續(xù)產(chǎn)生磁場，這就是永磁體的作用所在，進而產(chǎn)生驅動轉矩。所以，轉子繞組只用來實現(xiàn)啟動，啟動完成后，轉子繞組不再起作用：由永磁體和定子繞組的磁場相互作用產(chǎn)生力矩。
電機特性
通過電磁轉矩方程可以看出，當電機工作時，其轉矩只和三相電的電流大小有關。當我們一腳油門踩下去，電池可以瞬時以大電流放電，電機的定子三相繞組快速產(chǎn)生旋轉磁場，帶動轉子的旋轉。其特性曲線如下圖：
在低轉速時電機以最大扭矩運行，使得機車快速啟動，高轉速時電機幾乎恒功率運行（篇幅有限，就不再繼續(xù)探討）。當電極轉速很低，也就是電動汽車剛剛起步時，其扭矩就可以達到最大，使得汽車快速啟動，而乘客由于慣性便體驗到很強的推背感。
真的是開過電車后，再開油車就沒內味兒了
（雖然電車的推背感和真正的跑車不完全一樣）。而實際電車的加速時間還受到電機的外部因素，比如車身輕量化水平、風阻系數(shù)等影響。
淺談：燃油汽車
簡單提一下燃油汽車的系統(tǒng)來進行比較，比較基礎的內燃機的做功形式就是在氣缸內點燃汽油和空氣的混合物，利用其反應產(chǎn)生的巨大氣壓推動活塞做功，需要一定的反應時間。通過活塞連桿和曲軸，再將活塞的直線運動轉變?yōu)樾D運動，對于四沖程發(fā)動機需要一定的做功時間，簡易模型就如下圖的曲柄連桿所示：
當燃油汽車點火時，燃料開始燃燒，產(chǎn)生推力，當發(fā)動機靜止加速時，發(fā)動機的功率不斷增大，轉速不斷增大，1000轉之后才有扭矩，之后再不斷增大，扭矩并不能在一開始就達到最大值，所以需要更長的加速時間。但是跑車在對變速系統(tǒng)、排氣進氣系統(tǒng)、流線型車身進行精細化的設計后，同樣可以實現(xiàn)五秒破百，這才是真正的速度與激情
電動中國
從戰(zhàn)略定位上來說，石油的儲量總歸是有限的，我國的石油仍依賴于進口，不利于我國的能源安全。而電能的獲取方式有很多種，除了傳統(tǒng)的“燒熱水”，即燃煤發(fā)電、核能發(fā)電（其實核能發(fā)電相對很安全，但是某島國的做法真的很危險），而且還有安全、環(huán)保、大規(guī)模的風、光、地熱能發(fā)電。
我國未來將大力倡導電動中國戰(zhàn)略，大眾直接使用的能源將由電能逐漸取代煤、油、氣等化石能源。因此，電動汽車將承擔未來汽車轉型的重要角色。
電動汽車是新時代發(fā)展的產(chǎn)物，讓我們在買車的選擇更多，而不是限制我們的選擇，最后祝大家（也祝我）都可以擁有一輛自己的愛車，不說了，搬磚去了
最后的最后，提醒大家注意交通安全
有關電動汽車的動能回收問題，可以回顧往期推送《為什么我坐油車不暈，但一坐電車就暈呢》
關于電車和油車還有哪些不同，歡迎大家在評論區(qū)友好討論~
參考文獻
知乎：電機、發(fā)動機特性Map怎么造？
鵬芃科藝.永磁同步電動機
SIMULATION OF ELECTRIC MACHINE AND DRIVE SYSTEMS，Mahmoud Riaz, Sc.D.Professor of Electrical Engineering Department of Electrical and Computer Engineering University of Minnesota
知乎：超詳細！永磁同步電機，看完你肯定會懂的！
索博宇.某電動車用驅動電機效率分析與建模研究[J].吉林大學,2018
張美霞, 劉忠源.通電螺線管的磁場分布[A].遼寧大學學報,2021,48(4)
編輯：TT
