文章摘自电子发烧友媒体 作者李宁远
在低能效电机徐徐知足不了各项需求的今天,高能效电机完成对低能效电机的替换已经是时势所趋,高能效电机也就是我们熟知的无刷直流(BLDC)与永磁同步(PMSM)电机。
永磁同步电机,PMSM,全称permanent magnet synchronous motor,PMSM是高精度定速驱动的理想选择,电机控制的本质是控制转速和扭矩,PMSM就是使用磁chang发生转矩。PMSM与BLDC二者最显着的区别在反电势上,我们可以将反电势明确成电机的特征码,通过确定反电势的波形和大。梢酝蛭抟皇У赜蚍值缁嘈陀刖尴。由于BLDC与PMSM的定子绕组设计的差异,造成了两种高能效电机的反电势差异,这里就不睁开了。永磁同步电机使用磁chang发生转矩,那自然离不开磁质料。凭证磁质料对在磁chang中的反映,一ban分为顺磁性、抗磁性、反铁磁性、铁磁性以及亚铁磁性。对永磁同步电机来说,这个磁性子料指的是铁磁性以及亚铁磁性子料,由于这两种磁性子料对外磁chang反映强烈,shi于强磁性子料。强磁性子料包罗了永磁质料、软磁质料以及功效性磁性子料。永磁的特征在于一经磁化,很难退磁,而软磁也容易磁化,可是磁化后容易退磁。对于永磁同步电机来说,其中用得较多就是永磁质料和软磁质料。永磁质料作为磁源,提供磁动势,就像电路中的电动势,软磁质料磁导率高,作为导磁质料,起传导磁力线的作用。永磁质料现在的划分有三大类,金属永磁、铁氧体永磁和稀土永磁,软磁质料则有铁氧体软磁、金属粉芯、金属软磁和非晶纳米晶等。两种磁质料的最差异的特征在于矫顽力差异。矫顽力的界说为使已磁化的磁材无法向外磁路提供能量(但磁体内部仍具有一定能量)而必须施加的、与原磁化偏向相反的外磁chang强度,单元为Oe或A/m。简朴一点明确就是矫顽力越高,质料越不容易退磁。永磁质料的目的是一直追求更高的矫顽力,强化不退磁能力,软磁则开shi降低矫顽力,追求更高的磁导率。软磁可以起到电能参数变换,提高磁性元件效率并节约空间的作用,现在作为种种电机、变压器、继电器、电感器、滤波器等元器件的磁芯应用在新能源汽车、机械人、光伏等诸多领域。永磁质料由于其优异的抗退磁能力,是制造种种电机的主要原质料。金属永磁合金是第一代永磁质料,泛指不包罗稀土金属的Fe基和Co基的合金永磁体,第一代永磁质料的矫顽力或许在0.38-1.53kOe,一ban应用于电气仪表等领域。以氧化铁为主要质料的第二代永磁体只管性能并非最优,可是制备原质料储量富厚,工艺简朴,成本也较低,极高的性价比让它在种种电机中有着普遍的应用。到了稀土永磁质料,现在主要的稀土质料已经从钐钴永磁生长到烧结钕铁硼。钐钴永磁事情温度高,耐侵蚀性好,磁性能也较为优异,可是由于其含有战略化合元素钴,因此性价比不高。烧结钕铁硼是现在最热门的稀土永磁质料,不管是磁性能、矫顽力照旧磁能积。都有着远超其他质料的性能,在种种永磁电机里有着兴旺的需求。唯一的劣势在于温度稳固衴uan冉喜,需要通过添加其他元向来改善温度性能。

凭证中国电子质料行业协会磁性子料分会的数据,钕铁硼稀土永磁质料在汽车工业中应用的占比最高,到达了49%。不仅是矫顽力上的差异,磁能积上的极大差异也意味着在单元磁chang强度下钕铁硼体积更。庖埠苁怯欣诮谠嫉缁占。尤其是高性能钕铁硼磁质料(矫顽力与磁能积之和大于60),能大大减小电机体积,减轻电机质量,缩小电性能量消耗并提高整个电机系统效率。克日,特斯拉宣布下一代永磁电机将完全不使用稀土质料,在永磁同步电机领域掀起了一阵热议。抛开整个电动汽车永磁电机成本和工业链的因素,仅从手艺可行性上来说,完全弃用稀土实现无稀土永磁电机,这条手艺蹊径着实并不新鲜,这些年一直存在,众多车企、电机厂商都在实验去除稀土在永磁电机的使用含量甚至不用,但这么多年希望甚微。由于事实是其他永磁质料实现的永磁电机在各项性能上均不如稀土永磁,好比铁氧体永磁电机。尤其是在汽车续航能力方面,使用磁强度更弱质料的电机需要特殊消耗大量能量维持磁chang强度,这势必会大大镌汰续航能力。从强磁质料的性能来看,稀土磁材就是现在综合性能就是远超其他永磁质料,完全弃用不行能在短时间内找到相似的最优解。即即是在研的第四代铁氮永磁质料,也需要使用稀土,而且距离其商业化尚有很长的距离。随着科技的前进,去稀土并非有一件不行能的事。但在现在全球磁质料没有突破希望的qing况下,稀土磁材,尤其是高性能钕铁硼磁材,在永磁电机里的应用还没有比它性价比更高的方案。