如何选对磁铁技术助力EV驱动电机效率提升？

来源：国际汽车设计及制造发布时间：2020-04-08 804

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电动汽车(EV)作为应对全球环境问题的一项解决方案，已得到了广泛的推广。然而，想要使EV在世界各地全面安全、舒适地运行，必须清除许多技术障碍。缩小尺寸、减轻重量和提高效率，如何提高驱动电机的性能成了很多企业攻克的难题。本文介绍了如何通过改进磁铁这一影响电机性能的元件以提升电机性能。

使用EV驱动电机时遇到的技术挑战

汽车电气化正在世界各地稳步推进，尤其是在欧洲和印度，“EV转换”工作还设定了明确的截止日期，以逐步停止销售由内燃机驱动的车辆。这一全球性的EV趋势预计将在全世界进一步加速。

EV、FCV和PHEV预计将稳步增长，成为电动汽车和混合动力汽车(xEV)中的主流。

EV、HEV和PHEV之间存在着明显的区别。EV基本上只通过电机提供动力，HEV（混合动力汽车）由电机和内燃机驱动，而PHEV（插电式混合动力汽车）是HEV的高级版本，如果电机出现故障，可使用内燃机驱动，以备不时之需。此外，根据行驶状况，它们提供电机和内燃机两种使用选择，从而允许实现最佳节能驾驶。

图1.电机驱动汽车的市场预测 来源：富士经济株式会社。2019年版HEV、EV相关市场全面调查

另一方面，EV只能依赖电机作为驱动源。在各类驾驶场景中，包括需要频繁刹车和发动的拥堵路况、在陡峭山路和崎岖道路上越野驾驶、在高速公路上行驶以及载着数量及重量各异的乘客和行李行驶，EV驱动电机都需要高效运行并使用较少能源。此外，考虑到这些要求有赖于效率的进一步提升，电机本身的微型化和轻量化势在必行。而影响电机性能的元件——磁铁的改进也正受到关注。

EV驱动电机主要使用一种名为无刷电机的电机类型。图2显示的就是无刷电机的结构示例。该电机由转子（供应电流时旋转）和定子（用于转动转子）组成。转子包含钕磁铁。

应用强力磁铁和磁控技术的电机解决方案

EV驱动电机需要极强的磁能，因此使用了强大的永磁体——钕磁铁*1。在这些磁铁中，TDK的钕磁铁（NEOREC系列）已达到高水平的矫顽力之一*2。与使用传统钕磁铁相比，这种强力磁铁可为电机提供大旋转力，有助于实现进一步微型化、轻量化和高效化。

图 2. EV 驱动电机结构示例（示意图）

要想进一步减小EV驱动电机的尺寸和重量并提高效率，则需要将电机形状和内部结构更改为更复杂、更多样的设计。这意味着，所需的钕磁铁将更强大且采用不同形状，同时提供磁场指向，以便更高效地生成磁力。

TDK开发了一种能够精确制造各种钕磁铁形状的技术，以及一种能够自由改变磁场方向的控制技术*3。这些技术会根据使用条件/环境来优化磁铁，因而能够针对各种不同的电机设计提供专业的钕磁铁解决方案。

图 3. 平面形磁场和弧形磁场之间的方向差异（示意图）

内嵌式永磁(IPM)转子（磁铁嵌入到转子的金属芯内部）中平面形磁场和弧形磁场之间具有方向差异。平面形磁场的方向是一个方向，而弧形磁场的方向是径向。

图 4. 钕磁铁（NEOREC 系列）

TDK还开发了一种技术，能够最大程度地减少钕磁铁中所需的重稀土元素*4，如镝(Dy)和铽(Tb)等这些不易采购的元素。TDK的磁铁解决方案可满足EV驱动电机的新开发要求，并支持零CO2排放的EV驾驶。

除了驱动电机，TDK还提供适合各种应用的广泛产品。选择合适的设计有助于大幅减小使用磁铁的设备的尺寸与厚度，并提高磁力。

术语

1、钕磁铁：磁铁主要由钕、铁和硼构成。钕磁铁被视为最强大的永磁体。

2、矫顽力：衡量在使用磁铁时抵抗退磁的能力。用使磁性材料退回到非磁化状态所需的力表示。厘米-克-秒(CGS)制中，使用奥斯特(Oe)作为度量单位；国际单位制(SI)中，使用安培/米(A/m)作为度量单位。

3、方向控制：经处理后，以沿特定方向对齐磁场。

4、重稀土元素：在17种稀土元素中，重稀土元素特别稀少，很难稳定采购。

来源：TDK株式会社

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