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電機誕生于150年前?，F在，西門(mén)子正*從頭開(kāi)始，重新設計適用于電動(dòng)汽車(chē)的新型電機。西門(mén)子此舉著(zhù)眼于提高功率密度。

這聽(tīng)起來(lái)就像是發(fā)明家的夢(mèng)想：一臺幾乎可以將能量轉換為動(dòng)能，平穩地加快車(chē)輛行駛速度的電機，其外形竟如此之小巧，因此無(wú)需發(fā)動(dòng)機艙，而只要安裝在輪軸或車(chē)輪上。然而，這并非夢(mèng)想；采用電機而非內燃機提供動(dòng)力的汽車(chē)已經(jīng)快要將之變成現實(shí)。

西門(mén)子工業(yè)電動(dòng)汽車(chē)內部系統業(yè)務(wù)部的開(kāi)發(fā)負責人Karsten Michels博士表示，“電機堪稱(chēng)*的動(dòng)力總成。”盡管如此，開(kāi)發(fā)電機不是件容易事。雖然西門(mén)子迄今已擁有約150年的電機制造歷史，但絕不可能隨隨便便將一款現貨供應的工業(yè)電機安裝到已經(jīng)投產(chǎn)的汽車(chē)上。汽車(chē)制造商的要求十分苛刻，電機必須適于通過(guò)高度自動(dòng)化的生產(chǎn)流程，安裝到成千上萬(wàn)輛汽車(chē)中。這樣的電機必須具備很高的輸出功率，同時(shí)又要盡可能地輕巧。它們還必須實(shí)現盡可能最高的運行效率，并且哪怕在極端溫度波動(dòng)條件下也能保持正常運行。

決定應當將哪個(gè)開(kāi)發(fā)目標列為重中之重，取決于汽車(chē)制造商的需求。就像汽油和柴油引擎一樣，電機也有多種不同類(lèi)型。目前，汽車(chē)中使用的幾乎每一款電機都要么是電勵磁異步電機，要么是永勵磁同步電機。較之于具備同樣輸出功率的同步電機，異步電機的重量和體積增加了10%到15%左右，因而其功率密度相對略低。然而，異步電機的戰略?xún)?yōu)勢在于其不要求永磁體，因為電流的流動(dòng)本身就形成了磁場(chǎng)。不需要永磁體就意味著(zhù)不需要稀土金屬如釹。這樣一來(lái)，制造異步電機的企業(yè)就不必依賴(lài)于稀土金屬的主要供應國中國，同時(shí)也無(wú)需擔心關(guān)鍵材料價(jià)格飆升。

異步電機的一個(gè)*特征是，當轉速很高時(shí)，其扭矩下降幅度大于同步電機。對于未來(lái)的異步電機，主要目標是進(jìn)一步提高其功率密度。譬如，研究人員正致力于采用具備更好的磁性和機械性能的新型金屬薄板來(lái)制造電機，以及優(yōu)化其散熱系統。同燃燒引擎不同的是，電機的最高輸出功率比平均輸出功率高得多。譬如，一臺50千瓦電機可以輕而易舉地在短時(shí)間內產(chǎn)生高達120千瓦的功率。這種“電動(dòng)增壓”特性的持續時(shí)間長(cháng)度在很大程度上取決于所用散熱系統的類(lèi)型。如今的電機都包裹著(zhù)一層水外套。更好的散熱方法或許是直接在電機內部吸收額外的熱量。而在旋轉的電機中蛇形盤(pán)繞水管的想法，并不像聽(tīng)起來(lái)那么危險。Michels說(shuō)：“我們執行的電機試驗表明，可以在電動(dòng)汽車(chē)中做到這一點(diǎn)。” 異步電機將受益于這種方法，因為這能更有效地為其載流轉子散熱。

Furtive eGT采用的電機具備刷新紀錄的效率。Tilo Moser和Franz Wagner正在試驗床上對其動(dòng)力總成進(jìn)行性能檢驗。

高達近97%的效率。毫無(wú)疑問(wèn)，永勵磁同步電機是性能的電機。其能效已經(jīng)接近于97%。在同步電機中，轉子的運動(dòng)總是與定子形成的磁場(chǎng)保持精確*，這意味著(zhù)不會(huì )產(chǎn)生轉差率。其電損耗也低于異步電機。因此，只要能最大限度地減少其稀土金屬使用量，這種電機就能贏(yíng)得開(kāi)發(fā)工程師的青睞。實(shí)現這一點(diǎn)的途徑之一是，利用能夠在部分負荷下像永磁電機那樣運行，同時(shí)亦能利用磁場(chǎng)的單獨勵磁滿(mǎn)足較高輸出功率要求的混合型電機。

電動(dòng)汽車(chē)內部系統業(yè)務(wù)部不僅想要開(kāi)發(fā)新的電機技術(shù)，他們也想優(yōu)化整個(gè)動(dòng)力總成。其目標是，通過(guò)針對汽車(chē)的要求，改良成熟的工業(yè)傳動(dòng)系統技術(shù)，開(kāi)展客戶(hù)定制項目。用于將電池輸出的直流電轉換為電機運行所需的交流電的換流器，特別適合這種開(kāi)發(fā)方式。換流器還為儲蓄電機在發(fā)電機模式下工作時(shí)將制動(dòng)能量轉換而得的電能創(chuàng )造了可能。Michels指出，“在這一點(diǎn)上，工業(yè)應用與汽車(chē)應用的要求差距甚至比對電機的要求差距還要大。”

首先，電動(dòng)汽車(chē)所配備的沉重的電池，令每一公斤重量和每一升容量都成為了一個(gè)主要問(wèn)題。汽車(chē)換流器的使用壽命約為8,000個(gè)小時(shí)，比工業(yè)換流器的使用壽命短，并且汽車(chē)換流器必須既能承受低溫，又耐得住酷熱。工業(yè)換流器通常采用風(fēng)冷散熱，但汽車(chē)應用所需的功率密度只能靠水冷解決方案來(lái)實(shí)現。Michels解釋道，“不管怎樣，工業(yè)換流器都為我們打下了很好的基礎，特別是就控制準確度和總體精確度而言。我們還能充分發(fā)揮西門(mén)子多年來(lái)在調節多軸機床方面積累的廣博的電機控制技術(shù)專(zhuān)長(cháng)。”

當電動(dòng)汽車(chē)內部系統業(yè)務(wù)部在開(kāi)發(fā)適于大規模用于電動(dòng)汽車(chē)的動(dòng)力總成的同時(shí)，慕尼黑西門(mén)子中央研究院（CT）的Tilo Moser博士也在試驗動(dòng)力總成技術(shù)的局限性。Moser是Furtive eGT的動(dòng)力總成的開(kāi)發(fā)者之一。這輛由法國Exagon公司制造的電動(dòng)汽車(chē)，已經(jīng)在賽道上展示了這個(gè)凝結著(zhù)他的無(wú)數心血的動(dòng)力總成的非凡性能——實(shí)現了高達300千瓦的輸出功率和500牛米以上的扭矩。這樣的性能歸功于安裝在后車(chē)軸上的兩臺電機，而燃燒引擎若要實(shí)現類(lèi)似的性能，則需要一臺大型8缸汽油引擎。動(dòng)力單元的最高限速為250公里/小時(shí)，這并非由于它不能以更快的速度推進(jìn)汽車(chē)，而是因為這樣做能延長(cháng)電池的使用壽命。

開(kāi)始時(shí)，Moser和他在西門(mén)子中央研究院的同事將其完整的電動(dòng)動(dòng)力總成裝配到一輛原型車(chē)上。這輛汽車(chē)高達2.6千瓦/公斤的功率密度令Exagon公司深為震撼，因此該公司請西門(mén)子為這款已經(jīng)投產(chǎn)并計劃于2013年底發(fā)布的汽車(chē)開(kāi)發(fā)組件。

現在，電動(dòng)汽車(chē)內部系統業(yè)務(wù)部與西門(mén)子中央研究院正在密切合作，Moser擔任技術(shù)項目經(jīng)理，Franz Wagner博士則負責監管整個(gè)項目。Wagner解釋道，“在這方面，我們的優(yōu)勢是，該項目讓我們有機會(huì )將當今的技術(shù)推向，哪怕同時(shí)要確保投產(chǎn)汽車(chē)的質(zhì)量。”不僅永磁電機的功率密度將大幅提高，動(dòng)力總成的能效也將得到進(jìn)一步提升，達到96%左右。西門(mén)子的開(kāi)發(fā)人員通過(guò)綜合采取多項舉措，包括使用特殊磁性材料，以及以最大限度地減輕能量損耗為出發(fā)點(diǎn)，調整其形狀和布局方式等，實(shí)現了這個(gè)刷新紀錄的性能值。

在未來(lái)的項目中，電動(dòng)汽車(chē)內部系統業(yè)務(wù)部將采取其他新思路。譬如，現在他們正在研究面向感應式電池充電的無(wú)線(xiàn)解決方案——就像當今的電動(dòng)牙刷所使用的技術(shù)那樣。西門(mén)子中央研究院開(kāi)發(fā)了這些解決方案的基礎技術(shù)，并已在試驗成功之后，將這些技術(shù)傳給了電動(dòng)汽車(chē)內部系統業(yè)務(wù)部。未來(lái)，功率電子元件和電機也將被用于打造緊湊式電機/動(dòng)力總成裝置。Michels說(shuō)：“我們面臨著(zhù)許多選擇，需要逐一考察。”

凡是能夠減輕電動(dòng)汽車(chē)的重量，提高其效率，改善其舒適度的技術(shù)，都有利于電動(dòng)汽車(chē)在市場(chǎng)上更快取得成功。據國際能源署預測，到2030年，汽車(chē)生產(chǎn)量將達到1.2億輛以上，其中半數為電動(dòng)汽車(chē)。這相當于電機的全球銷(xiāo)量將達到至少6,000萬(wàn)臺，何況許多汽車(chē)實(shí)際將配備不止一臺動(dòng)力總成電機。