【導讀】永磁體是大量家用和工業(yè)設備的重要組件。它們在可再生能源領(lǐng)域尤其重要，包括電動(dòng)汽車(chē)電動(dòng)機。目前，這些磁鐵基于稀土元素釹和鏑，主要開(kāi)采于中國(>95%)。由于不斷擴大的國內市場(chǎng)和將磁鐵制造業(yè)遷往中國的政策，出口受到限制，因而增加了成本。歐盟已開(kāi)始致力于消除或大大減少對永磁體中重稀土的需求。他們正在研究一些新的微結構工程策略，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(chē)的高功率密度電機主要依靠稀土基永磁電機。隨著(zhù)成本的不斷提高，稀土磁性材料的限制和稀缺，行業(yè)開(kāi)始從一個(gè)新的方向應對這一問(wèn)題。在出現廉價(jià)的工程磁性材料之前，替代的機器類(lèi)型可提供合適的方案。無(wú)論是感應電機還是單獨纏繞式轉子電機，都在成為具吸引力的替代方案用于電動(dòng)汽車(chē)電機。
感應電機(IM)是一種無(wú)磁選擇，長(cháng)期以來(lái)一直受到一些電動(dòng)汽車(chē)制造商的青睞，作為永磁電機的替代品。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(chē)感應電機非常簡(jiǎn)單，由一個(gè)繞線(xiàn)三相定子和一個(gè)鼠籠式轉子組成，如圖1所示。其工作模式相當簡(jiǎn)單，當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)。定子旋轉磁場(chǎng)將電壓引入鼠籠式轉子。轉子的感應電壓引起電流和轉矩。定子的旋轉場(chǎng)與轉子的旋轉場(chǎng)相互作用。這樣會(huì )產(chǎn)生扭矩，從而使電機軸旋轉。IM性能已被優(yōu)化用于電動(dòng)車(chē)，采用專(zhuān)有的轉子設計，用銅制造。
圖1. 感應電機
最近出現了另一種電動(dòng)汽車(chē)電機設計方案，即單獨勵磁同步電機(SESM)。其原理圖如圖2所示。這新的電動(dòng)汽車(chē)電機技術(shù)，已普遍用于工業(yè)系統多年，是PM和IM的一種替代方案。這電機由繞線(xiàn)三相定子和繞線(xiàn)單相轉子組成。轉子是通過(guò)使用一對滑動(dòng)環(huán)供電，由于可靠性問(wèn)題這滑動(dòng)環(huán)是不合需要的。但在這種結構下，轉子磁鏈可以直接控制，在控制能力帶來(lái)很大的優(yōu)勢。永磁電機是為滿(mǎn)足低速、高轉矩要求而設計的大磁通電機。這大的磁通在高速時(shí)不合需要，必須通過(guò)使用磁場(chǎng)減弱來(lái)減少。這是一種方法，其中定子創(chuàng )建一個(gè)計數器場(chǎng)，以減少由磁鐵產(chǎn)生的磁場(chǎng)，以支持高速運行。由于SESM能完全控制轉子電流，因此轉子磁鏈可以根據高速運行時(shí)的要求降低磁通水平。順便說(shuō)一句，這是一般的電動(dòng)汽車(chē)花費大部分時(shí)間的操作點(diǎn)。
圖2. 單獨勵磁同步驅動(dòng)
這些替代的電機設計進(jìn)一步表明，電動(dòng)/混動(dòng)汽車(chē)(xEV)行業(yè)仍在基礎水平不斷發(fā)展，創(chuàng )新還將為半導體行業(yè)創(chuàng )造許多未來(lái)的設計機遇。安森美半導體正在開(kāi)發(fā)一些勵磁模塊方案，用于控制SESM場(chǎng)線(xiàn)圈電流。
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