永磁体是大量家用和工业设备的重要组件。它们在可再生能源领域尤其重要，包括电动汽车电动机。目前，这些磁铁基于稀土元素钕和镝，在用于电动汽车电机设计中越来越贵。欧盟已开始致力于消除或大大减少对永磁体中重稀土的需求。他们正在研究一些新的微结构工程策略，这将大大改善纯轻稀土元素磁体的性能。
目前，用于电动汽车的高功率密度电机主要依靠稀土基永磁电机。随着成本的不断提高，稀土磁性材料的限制和稀缺，行业开始从一个新的方向应对这一问题。在出现廉价的工程磁性材料之前，替代的机器类型可提供合适的方案。无论是感应电机还是单独缠绕式转子电机，都在成为具吸引力的替代方案用于电动汽车电机。
图1. 感应电机
感应电机(IM)是一种无磁选择，长期以来一直受到一些电动汽车制造商的青睐，作为永磁电机的替代品。它具有可靠性高、故障模式好、效率高等优点。典型的电动汽车感应电机非常简单，由一个绕线三相定子和一个鼠笼式转子组成，如图1所示。其工作模式相当简单，当定子绕组以三相电压供电时，会产生电流，从而产生磁场。定子旋转磁场将电压引入鼠笼式转子。转子的感应电压引起电流和转矩。定子的旋转场与转子的旋转场相互作用。这样会产生扭矩，从而使电机轴旋转。IM性能已被优化用于特斯拉电动车，采用专有的转子设计，用铜制造。
图2. 单独励磁同步驱动
最近出现了另一种电动汽车电机设计方案，即单独励磁同步电机(SESM)。其原理图如图2所示。这新的电动汽车电机技术，已普遍用于工业系统多年，是PM和IM的一种替代方案。这电机由绕线三相定子和绕线单相转子组成。转子是通过使用一对滑动环供电，由于可靠性问题这滑动环是不合需要的。但在这种结构下，转子磁链可以直接控制，在控制能力带来很大的优势。永磁电机是为满足低速、高转矩要求而设计的大磁通电机。这大的磁通在高速时不合需要，必须通过使用磁场减弱来减少。这是一种方法，其中定子创建一个计数器场，以减少由磁铁产生的磁场，以支持高速运行。由于SESM能完全控制转子电流，因此转子磁链可以根据高速运行时的要求降低磁通水平。顺便说一句，这是一般的电动汽车花费大部分时间的操作点。
这些替代的电机设计进一步表明，电动/混动汽车(xEV)行业仍在基础水平不断发展，创新还将为半导体行业创造许多未来的设计机遇。我们正在开发一些激励模块方案，用于控制SESM场线圈电流。
John Grabowski
System Design Engineer