比亚迪称 3 月 5 日晚七点将发布「颠覆性技术」,股价大涨超 8%,你怎么看?
我提一点期望吧!
我希望周五的发布会上可以看到比亚迪在电动机领域正式在量产级别引入“可变磁通量”技术,把前一段时间传得比较多的专利能落地。迄今为止,这属于我能看到的,技术原理可行且专利曝光(确定性)的颠覆性技术之一。
关于可变磁通量的技术概念:
如果想理解比亚迪的可变磁通量电机专利,须先拆解电动机与发电机之间一体两面的物理逻辑。其实生活里很多一体两面的现象,不过多解释了,我个人通常简单理解这是某种造物规律的落地方式。
从电磁感应定律来看,任何电动机在旋转时,本质上同时也是一台发电机。当转子上的永磁铁高速掠过定子的线圈时,根据法拉第电磁感应定律,线圈内会感应出电流,并产生一个与输入电压方向相反的电压,这就是反电动势。转速越高,切割磁感线的频率就越快,反电动势就越强。当车速达到高速区间,反电动势会增强到几乎抵消掉电池提供的输入电压,导致电流无法继续进入电机,车速也就无法进一步提升,这就是传统永磁电机在高速时的物理天花板。
当前主流的永磁同步电机的转子,都是在转子的径向上提供径向磁通量。如下图:

图表 1 电机转子的硅钢叠片,来自百度
上图就是电机转子的硅钢叠片,大概几百篇这个规模拼在一起,然后在设计好的缝隙中嵌入永磁体,在通过转轴融为一个整体结构。再被收拢到外部定子(就是带绕组的那个笼子)和定子磁场内,即形成电动机。

图表 2 电机整体结构,来自百度地图;
这种结构的所谓限制,出现在:一旦永磁体嵌入转子,那么转子的磁通路结构(即磁场的形状和磁通量强度指向)就确定了。看起来没什么大问题,反正我调节定子的磁场旋转来拖动转子,形成轴向功率输出即可。但实际上,就是我们前面提到的问题,但凡有所谓“固定”的因素,就大概率有消极后果——反电动势在高速转速区间,不可忽略地拉低整体电机功率。
为了突破这个天花板,我们能想到的第一种做法是在定子线圈中输入一股额外的反向电流。这股电流产生的磁场方向与转子永磁铁的磁场方向正好相反,通过这种硬桥硬马的方式,可以在物理空间上抵消(或者说是压制)一部分永磁铁的磁通量,从而强行降低反电动势,让电池电压能继续推动电机。
但这显然也带来了巨大的副作用:这股反向电流非但不产生推动车辆的转矩,反而会在线圈中产生大量的焦耳热,白白消耗电能……
这就是为什么电车跑高速时,电机明明没有输出更大的动力,电耗却因为这种内耗而飙升的原因。

图表 3 比亚迪专利,来自互联网
比亚迪这项专利的描述中写道:该电机包括转子和调磁组件,调磁组件设置在转子上,调磁组件具有跳磁流路,调磁流路内的介质量可以调节,以改变调磁组件与转子的磁极的相对位置…… 由此实现了对电机工作磁场的有效调节,并具备良好的可控性,对电机的空间要求较低。
具体的调磁方式我没有深究专利原文(其实深究也很难看出什么,优秀的专利撰稿原则就是让你看不出我具体咋做的,但我可以全方位限制你的模仿企图,呵呵),但比亚迪选择跳出了用电流抵消磁场的循环,改用一种看起来更像是类似“磁力变速箱”的逻辑——变速箱的本质是让发动机在不同车速下都能维持在最佳工效区间(BSFC),即低速用大转矩、高速用低转速。
而比亚迪的可变磁通电机,原则上则是让电机转子在不同速度下可以主动改变自己的“磁场档位”(对比变速箱提升效率、维持最优工况的基础原理来理解就更好了)。在低速起步时,系统让磁通量达到最大,如同变速箱的一档,提供极大的启动扭矩;当进入高速巡航,专利通过特殊的转子结构从物理层面减少有效磁通量,这就像是直接切换到了高档位。
如果进一步从技术实现的更深度层次来看,通过主动改变转子磁路的分布,让反电动势从源头上降低。这种做法将电机的高效岛区域,可以从市区的中低速区域直接扩展到了高速区间。对于用户而言,这意味着高速巡航时的电机不再进入憋气工作的低效状态,原本消耗在抵消磁场上的能量被节省了下来,转化成了实打实的续航里程,同时,一个猜想,是不是也顺带解决了高速行驶时电机由于持续大电流弱磁控制导致的过热退磁风险?
但没有免费午餐,这种技术的量产难点,还是在于对所谓“变化”的精准控制。传统的固定磁场电机控制模型是线性的,而可变磁通电机的磁场在变化过程中,电机的扭矩常数和电感参数都会不会波动甚至剧烈波动?如果是,这就要求电机控制器拥有极高的算力和更复杂的算法模型,以保证在磁场切换的瞬间,驾驶者察觉不到任何动力抖动。
此外,从产品硬件实体上看,转子内部为了实现磁路可变,其结构复杂度远超普通电机,在每分钟接近两万转的高速旋转和复杂的振动环境下,如何保证转子内部磁路的物理可靠性与寿命,是比亚迪需要克服的工程挑战。
这些困难和解决方案,专利里是不会涉及的。但如果正式发布,技术宣讲、各种拆解和事后分析,会让我们充分理解电动化的进展还会有多大空间:一旦该技术大规模下放,电车高速省电就不再是多数人顾虑中的物理悖论了。
从类似这种核心技术级别的突破展开,纯电车的各种工况续航会不会小幅度但有效改写?混动车是不是能平息大家对于电池大小的争论?甚至会不会改变DMi的电机/发电机/汽油机的组合和布局方式?
这才是符合惊蛰那天级别的颠覆性技术。
#比亚迪开启全民新能源时代#