【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，包括電動汽車電動機。目前，這些磁鐵基于稀土元素釹和鏑，主要開采于中國(>95%)。由于不斷擴大的國內(nèi)市場和將磁鐵制造業(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(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，用于電動汽車的高功率密度電機主要依靠稀土基永磁電機。隨著成本的不斷提高，稀土磁性材料的限制和稀缺，行業(yè)開始從一個新的方向應對這一問題。在出現(xiàn)廉價的工程磁性材料之前，替代的機器類型可提供合適的方案。無論是感應電機還是單獨纏繞式轉(zhuǎn)子電機，都在成為具吸引力的替代方案用于電動汽車電機。
感應電機(IM)是一種無磁選擇，長期以來一直受到一些電動汽車制造商的青睞，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。典型的電動汽車感應電機非常簡單，由一個繞線三相定子和一個鼠籠式轉(zhuǎn)子組成，如圖1所示。其工作模式相當簡單，當定子繞組以三相電壓供電時，會產(chǎn)生電流，從而產(chǎn)生磁場。定子旋轉(zhuǎn)磁場將電壓引入鼠籠式轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子的感應電壓引起電流和轉(zhuǎn)矩。定子的旋轉(zhuǎn)場與轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)場相互作用。這樣會產(chǎn)生扭矩，從而使電機軸旋轉(zhuǎn)。IM性能已被優(yōu)化用于電動車，采用專有的轉(zhuǎn)子設計，用銅制造。
圖1. 感應電機
最近出現(xiàn)了另一種電動汽車電機設計方案，即單獨勵磁同步電機(SESM)。其原理圖如圖2所示。這新的電動汽車電機技術(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)子是通過使用一對滑動環(huán)供電，由于可靠性問題這滑動環(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。永磁電機是為滿足低速、高轉(zhuǎn)矩要求而設計的大磁通電機。這大的磁通在高速時不合需要，必須通過使用磁場減弱來減少。這是一種方法，其中定子創(chuàng)建一個計數(shù)器場，以減少由磁鐵產(chǎn)生的磁場，以支持高速運行。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)高速運行時的要求降低磁通水平。順便說一句，這是一般的電動汽車花費大部分時間的操作點。
圖2. 單獨勵磁同步驅(qū)動
這些替代的電機設計進一步表明，電動/混動汽車(xEV)行業(yè)仍在基礎(chǔ)水平不斷發(fā)展，創(chuàng)新還將為半導體行業(yè)創(chuàng)造許多未來的設計機遇。安森美半導體正在開發(fā)一些勵磁模塊方案，用于控制SESM場線圈電流。
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