電動(dòng)汽車電機(jī)技術(shù)發(fā)展新方向

永磁體是大量家用和工業(yè)設(shè)備的重要組件。它們?cè)诳稍偕茉搭I(lǐng)域尤其重要，包括電動(dòng)汽車電動(dòng)機(jī)。目前，這些磁鐵基于稀土元素釹和鏑，在用于電動(dòng)汽車電機(jī)設(shè)計(jì)中越來越貴。歐盟已開始致力于消除或大大減少對(duì)永磁體中重稀土的需求。他們正在研究一些新的微結(jié)構(gòu)工程策略，這將大大改善純輕稀土元素磁體的性能。

目前，用于電動(dòng)汽車的高功率密度電機(jī)主要依靠稀土基永磁電機(jī)。隨著成本的不斷提高，稀土磁性材料的限制和稀缺，行業(yè)開始從一個(gè)新的方向應(yīng)對(duì)這一問題。在出現(xiàn)廉價(jià)的工程磁性材料之前，替代的機(jī)器類型可提供合適的方案。無論是感應(yīng)電機(jī)還是單獨(dú)纏繞式轉(zhuǎn)子電機(jī)，都在成為具吸引力的替代方案用于電動(dòng)汽車電機(jī)。

【圖1. 感應(yīng)電機(jī)】

感應(yīng)電機(jī)(IM)是一種無磁選擇，長期以來一直受到一些電動(dòng)汽車制造商的青睞，作為永磁電機(jī)的替代品。它具有可靠性高、故障模式好、效率高等優(yōu)點(diǎn)。典型的電動(dòng)汽車感應(yīng)電機(jī)非常簡單，由一個(gè)繞線三相定子和一個(gè)鼠籠式轉(zhuǎn)子組成，如圖1所示。其工作模式相當(dāng)簡單，當(dāng)定子繞組以三相電壓供電時(shí)，會(huì)產(chǎn)生電流，從而產(chǎn)生磁場(chǎng)。定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)將電壓引入鼠籠式轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子的感應(yīng)電壓引起電流和轉(zhuǎn)矩。定子的旋轉(zhuǎn)場(chǎng)與轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)場(chǎng)相互作用。這樣會(huì)產(chǎn)生扭矩，從而使電機(jī)軸旋轉(zhuǎn)。IM性能已被優(yōu)化用于特斯拉電動(dòng)車，采用專有的轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)，用銅制造。

【圖2. 單獨(dú)勵(lì)磁同步驅(qū)動(dòng)】

最近出現(xiàn)了另一種電動(dòng)汽車電機(jī)設(shè)計(jì)方案，即單獨(dú)勵(lì)磁同步電機(jī)(SESM)。其原理圖如圖2所示。這新的電動(dòng)汽車電機(jī)技術(shù)，已普遍用于工業(yè)系統(tǒng)多年，是PM和IM的一種替代方案。這電機(jī)由繞線三相定子和繞線單相轉(zhuǎn)子組成。轉(zhuǎn)子是通過使用一對(duì)滑動(dòng)環(huán)供電，由于可靠性問題這滑動(dòng)環(huán)是不合需要的。但在這種結(jié)構(gòu)下，轉(zhuǎn)子磁鏈可以直接控制，在控制能力帶來很大的優(yōu)勢(shì)。永磁電機(jī)是為滿足低速、高轉(zhuǎn)矩要求而設(shè)計(jì)的大磁通電機(jī)。這大的磁通在高速時(shí)不合需要，必須通過使用磁場(chǎng)減弱來減少。這是一種方法，其中定子創(chuàng)建一個(gè)計(jì)數(shù)器場(chǎng)，以減少由磁鐵產(chǎn)生的磁場(chǎng)，以支持高速運(yùn)行。由于SESM能完全控制轉(zhuǎn)子電流，因此轉(zhuǎn)子磁鏈可以根據(jù)高速運(yùn)行時(shí)的要求降低磁通水平。順便說一句，這是一般的電動(dòng)汽車花費(fèi)大部分時(shí)間的操作點(diǎn)。

這些替代的電機(jī)設(shè)計(jì)進(jìn)一步表明，電動(dòng)/混動(dòng)汽車(xEV)行業(yè)仍在基礎(chǔ)水平不斷發(fā)展，創(chuàng)新還將為半導(dǎo)體行業(yè)創(chuàng)造許多未來的設(shè)計(jì)機(jī)遇。我們正在開發(fā)一些激勵(lì)模塊方案，用于控制SESM場(chǎng)線圈電流。