自从20世纪70年代初问世以来,稀土永磁电机凭借其稀土永磁体所具备的卓越磁能密度以及高矫顽磁力(尤其是极高的内禀矫顽磁力),展现出体积精巧、重量轻便、节能高效、性能优良等诸多优点,进而成为了新能源汽车用电机领域中引人注目的发展趋势,受到世界各地广泛关注。
众所周知,我国乃全球最大的稀土产区,产量占据全球供应总量的95%左右,在其他诸多国家看来,我国无疑已拥有了对稀土市场的绝对主导权。因此,研发一款无需依赖镝和钕等稀土元素的电动机,无疑将带来丰厚的经济效益。
值得一提的是,开关磁阻式电动机恰好摆脱了对稀土资源的依赖,其创新性的结构设计,由性能优越且能够快速切换的半导体芯片所构建,使得操控磁阻电动机的电控系统运行更为精准。正是得益于此,开关磁阻式电动机得以焕发出新的生机活力。
据相关资料显示,开关磁阻式电动机与常规电动机的主要差异在于是否采用永久磁铁。相较于常见的直流电动机,它主要由两个部分组成:转动的转子和静止的定子。定子通常用作外壳,永久磁钢则内置其中。转子则在电机外壳内部运转,其表面缠绕着铜线绕组,充当电磁体。线圈中的电流会定期进行换向,从而驱动电机运行。线圈电流的换向会引发电磁体极性的变化,转子在永久磁场与旋转电磁场之间的推力和拉力作用下旋转运动。
常规电动机通过旋转开关即换向器实现电流换向:换向器上的导条与碳刷紧密接触,随着转子的旋转,导电条在碳刷下方移动,线圈绕组则通过导电条与电刷相连以获取电能。虽然现代电动机已经采用电子控制系统取代了换向器,但其基本运作原理仍与换向器相似。
开关磁阻式电动机与传统电动机的换向原理基本相同,然而,它不仅省去了电刷,同时也无需永久磁铁,更无需使用诸如稀土等特殊材料。这皆源于其独特的工作原理——最小磁阻原理。
磁阻与电阻颇为相似。如同电流总是倾向于沿阻力最小的路径流动,磁通(即磁力线)亦会选择磁阻最小的磁路。铁质材料恰恰是既廉价又优质的低磁阻材料。
例如,若将其应用于电动汽车领域,当车辆处于高速行驶状态时,开关磁阻式电动机不会像永磁铁电动机那般容易丧失扭矩,这对于超车加速过程大有益处。在发动机失效的情况下,其安全性亦得到显著提升。相比之下,永磁铁电动机在失去动力时,转速会急剧降低,可能导致无法预料的制动效果,甚至损坏发动机。而开关磁阻式电动机在失去动力时,则可以依靠惯性继续滑行。
在此之外,如同电动车内部使用的永磁铁电动机那样,开关磁阻式电动机制动减速过程中所扮演的角色同样可以转变为发电机。简单来说,发电机将机械动能转换成电能,而电动机则是反向运行,将电能转换为机械动能。电动机在断电减速阶段产生的电力,正好能够补偿其制动刹车期间电池所消耗的能量。正因为拥有这些诸多优点,可以预见,更高效率的开关磁阻式电动机将会迅速涌现出来。尽管这并不意味着这种设计能够立即实现商业化应用,但是至少对于镝和钕等稀有元素的需求量将会显著降低,对稀土这一“珍贵”金属的依赖程度也将逐步减轻。未来可能会有更多的替代材料解决方案出现在我们的视野之中,对于新型材料及新技术的持续探索和追求,无疑将更加有力地推动电机行业的蓬勃发展。因此,从这个角度来看,为何不尝试采用新的设计来取代传统的方式呢?