电动汽车电机技术发展新方向

安森美半导体 2019-06-13 09:18

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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。


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安森美半导体 安森美半导体(纳斯达克代码:ON)致力于推动高能效创新,以基于半导体的电源管理、模拟、传感、逻辑、时序、互通互联、分立、系统级芯片及定制方案,解决在汽车、通信、计算机、消费电子、工业、医疗、航空及国防应用的挑战。
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