現如今世界各大汽車(chē)公司均積極開(kāi)發(fā)節能減排新技術(shù)，大力發(fā)展新能源汽車(chē)�？偹苤�，電動(dòng)車(chē)的動(dòng)力源由傳統的內燃機變?yōu)殡姍C，電機的性能直接影響著(zhù)汽車(chē)的續航里程和行駛性能。關(guān)于電動(dòng)機的基本知識在此不再贅述，想了解的讀者可以看筆者的上一篇文章《永磁同步電動(dòng)機淺析》。相信有不少人看過(guò)下面的這張圖片，也說(shuō)明了不同國家新能源汽車(chē)采用驅動(dòng)電機的差異。今天具體介紹一下特斯拉model 3使用的永磁同步電機，以及特斯拉采用永磁同步電機的原因。
圖1 中美汽車(chē)驅動(dòng)電機差異
首先說(shuō)一下永磁同步電機的市場(chǎng)前景，相關(guān)數據表明，2017年1-10月我國新能源汽車(chē)在乘用車(chē)領(lǐng)域,永磁同步電機占比78.1%;在客車(chē)領(lǐng)域永磁同步電機占比94.6%;在專(zhuān)用車(chē)領(lǐng)域永磁同步電機占比78.6%，此外比亞迪、宇通客車(chē)以及聯(lián)合汽車(chē)電子等企業(yè)所使用的電機產(chǎn)品均為永磁同步電機。(引自公眾號 電機技術(shù)與應用)可見(jiàn)永磁同步電機是新能源車(chē)領(lǐng)域應用最廣的電機，究其原因是因為相較其他電機,具有功率密度大、效率高、重量輕等優(yōu)勢。
圖2前五批推薦車(chē)型目錄電機類(lèi)型分布
對于異步電機而言，因為需要轉子中的導體切割磁感線(xiàn)產(chǎn)生電流，則定子和轉子自不能相對靜止，那么轉子轉速永遠不會(huì )等于定子轉速，這就是異步電機名字的由來(lái)。那么何為"同步"?即怎么做到轉子轉速等于定子轉速呢?
其實(shí)不是很難，當轉子不再依靠定子的旋轉磁場(chǎng)，不再通過(guò)切割磁感線(xiàn)產(chǎn)生電流和磁場(chǎng)，而是通過(guò)另外一種方式產(chǎn)生磁場(chǎng)(比如給電機轉子接直流電源將其變成一個(gè)電磁鐵)，由于定子旋轉磁場(chǎng)的存在依舊會(huì )產(chǎn)生電磁轉矩，而且定子和轉子會(huì )以相同的旋轉速度旋轉，那么這樣的電機就叫同步電機。當轉子導體采用永磁材料加工制造成為永磁體轉子時(shí)，也可以將電機轉子變成電磁鐵產(chǎn)生磁場(chǎng)，實(shí)現轉子和定子轉速同步(旋轉磁場(chǎng)的同步轉速,P為電動(dòng)機磁極對數)，這也就是永磁同步電機名字的由來(lái)，因此可以定義永磁同步電機是由永磁體勵磁產(chǎn)生同步旋轉磁場(chǎng)的電機。
則永磁同步電機工作原理如下:當永磁同步電機定子部分通入由三相逆變器經(jīng)脈寬調制的三相交流電后，定子電樞會(huì )產(chǎn)生空間磁場(chǎng)，它與永磁體轉子相互作用，產(chǎn)生與定子旋轉磁場(chǎng)旋向相同的電磁轉矩輸出。當輸出的轉矩T超過(guò)轉子的摩擦轉矩以及由于永磁體的阻尼轉矩時(shí)，電機便開(kāi)始向外做功，并不斷地加速直至同步。
圖2一種永磁體轉子機構
接下來(lái)簡(jiǎn)單介紹一種永磁電機的同步控制原理:永磁電機的同步控制可以看作是對空間磁場(chǎng)的控制，也可以看做定子磁場(chǎng)與轉子磁場(chǎng)的匹配問(wèn)題，如何通過(guò)坐標變換實(shí)現模擬直流電機的控制方法來(lái)進(jìn)行控制。將定子電流矢量分解成勵磁電流分量和轉矩電流分量，并使兩分量互相垂直，如果給定勵磁電流分量為0，則根據電工學(xué)知識得到轉矩與主磁通和轉矩電流分量乘積成正比。當通過(guò)坐標變換將定子電流矢量分解為勵磁電流分量和轉矩電流分量，便方便了對永磁同步電機的輸出參數的控制。當然還有其他的控制方法，有興趣的讀者可以自行研究。
由于此類(lèi)電機采用永磁體轉子，工作時(shí)轉子中無(wú)感應電流，因此不存在轉子電阻損耗，一方面使得其效率高于其他電機，另一方面使得電機溫升低，延長(cháng)了電機的使用壽命。永磁同步電機既具有交流電機無(wú)電刷機構，又具有直流電機調速性能好的優(yōu)點(diǎn)，都使得其有更為廣闊的應用前景，目前大部分汽車(chē)廠(chǎng)商都選擇永磁同步電機作為驅動(dòng)電機，特斯拉目前也在向這個(gè)方向傾斜。
但是由于永磁體轉子制造過(guò)程中需要用到價(jià)格高昂的稀土元素，使得電機成本相對較高;由于永磁材料怕高溫，使得電機在高溫、震動(dòng)、過(guò)流的情況下有退磁的風(fēng)險，需要使用冷卻液也相應增加了使用成本。最后介紹一下永磁同步電機用的永磁材料。永磁材料是指一經(jīng)磁化即能恒定保持磁性的材料，常用的永磁材料分為鋁鎳鈷系永磁合金、鐵鉻鈷系永磁合金、永磁鐵氧體、稀土永磁材料和復合永磁材料等;目前永磁同步電機常用的永磁材料為鋁鎳鈷、鐵氧體、釹鐵硼以及稀土鈷，如今大部分永磁體轉子用的是稀土鈷。稀土永磁材料指的是含有稀土金屬的永磁材料，主要是稀土鈷和釹鐵硼永磁材料。稀土被稱(chēng)為"工業(yè)維生素"，稀土元素氧化物是元素周期表中原子序數為57 到71的15種鑭系元素氧化物，以及與鑭系元素化學(xué)性質(zhì)相近的鈧(Sc)和釔(Y)17 種元素的氧化物。稀土的主要應用范圍之一是永磁，在新能源、航空航天、軍工設備、生物技術(shù)以及節能環(huán)保等領(lǐng)域得到應用，是極其重要的戰略資源。