車用驅(qū)動(dòng)永磁同步電機(jī)，即強(qiáng)調(diào)低速高轉(zhuǎn)矩，又強(qiáng)調(diào)高速高功率，因此存在一對(duì)蹺蹺板矛盾。

從低速爬坡的角度出發(fā)，需要大的轉(zhuǎn)矩，而不希望電流過大，那就需要提高永磁磁鏈，獲得大轉(zhuǎn)矩系數(shù)（單位電流產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的能力）。

但是如果永磁磁鏈太大了，在高速時(shí)反電動(dòng)勢(shì)會(huì)高過供電電壓的，無法輸出功率。幸好后來發(fā)明了弱磁技術(shù)，通過電樞繞組產(chǎn)生去磁磁場(chǎng)分量，去抵消掉永磁體產(chǎn)生的磁鏈。但這會(huì)帶來永磁體退磁的風(fēng)險(xiǎn)，而且過多的去磁電流，不但不做功，還會(huì)產(chǎn)生額外的銅耗，降低效率。

其實(shí)這種矛盾是所有追求高轉(zhuǎn)速范圍工作電機(jī)的一個(gè)通病，沒辦法的，誰叫你低速和高速的范圍相差極大啊。對(duì)于永磁電機(jī)——一個(gè)勵(lì)磁磁場(chǎng)不可調(diào)節(jié)的系統(tǒng)，這個(gè)問題就更突出了。如果不想放棄永磁電機(jī)這條技術(shù)路線，就一定要解決這個(gè)問題。很自然會(huì)想到，如果能實(shí)現(xiàn)磁通可變，在低速的時(shí)候用高磁通，高速的時(shí)候用小磁通，不就把這個(gè)扣解開了嗎，這就是尼桑電機(jī)公司研究的技術(shù)路線。

尼桑電機(jī)的可變磁通結(jié)構(gòu)

這是一款6極45槽的扁線電機(jī)，定子外徑200mm，最大轉(zhuǎn)矩280Nm，最高轉(zhuǎn)速12000rpm。它的磁鋼有三種磁化狀態(tài)。100%磁化時(shí)，最大轉(zhuǎn)矩 280NM，但轉(zhuǎn)速只能到7200rpm，而75%磁化時(shí)，轉(zhuǎn)矩224Nm，轉(zhuǎn)速可達(dá)12000rpm。50%磁化時(shí)，最大轉(zhuǎn)矩下降了一半，但工作轉(zhuǎn)速已經(jīng)遠(yuǎn)超12000rpm。如此一臺(tái)電機(jī)就相當(dāng)于三臺(tái)特性不一的電機(jī)，不同的轉(zhuǎn)速，呈現(xiàn)不同的特性。

這種變磁通的特性使它的高效區(qū)間擴(kuò)大了。這是因?yàn)檫@種電機(jī)做到了反電動(dòng)勢(shì)可調(diào)，能成功回避弱磁問題。一旦反電動(dòng)勢(shì)達(dá)到電壓限幅值，就調(diào)低永磁勵(lì)磁能力，如此不但不需要額外的弱磁電流了，而且能夠保證在任何速度段，都能給出最合適的反電動(dòng)勢(shì)，這樣電機(jī)在很寬的范圍內(nèi)能保證高效。硬是把永磁電機(jī)玩出了，電勵(lì)磁電機(jī)的感覺。

現(xiàn)在新的問題馬上來了：“他們是怎么做到了？”

可變磁通的關(guān)鍵

其實(shí)可變磁通的原理很簡(jiǎn)單。就是利用一些低矯頑力軟磁材料的工作點(diǎn)可塑性。比如所鋁鎳鈷材料，它的剩磁大概是釹鐵硼的80%，而矯頑力卻只有十分之一。但它有一個(gè)好處，就是工作點(diǎn)是可塑的。以一個(gè)啟動(dòng)過程為例，當(dāng)剛開始啟動(dòng)時(shí)，鋁鎳鈷的工作性能是100%完整的，位于A工作點(diǎn)。當(dāng)速度上升到中速段，需要調(diào)節(jié)反電動(dòng)勢(shì)時(shí)，定子繞組給轉(zhuǎn)子磁鋼一個(gè)瞬間退磁電流，鋁鎳鈷的工作點(diǎn)就下降到了B，即便將這個(gè)瞬間退磁電流去掉，磁鋼的工作點(diǎn)也不可能回到A了。也就說磁鋼記憶住了B工作點(diǎn)，磁鋼的供磁能力就只有B的水平。當(dāng)?shù)搅烁咚俣?，還可以給一個(gè)更大的退磁電流，讓工作點(diǎn)到達(dá)C甚至D，磁鋼都會(huì)記憶住這個(gè)工作點(diǎn)。當(dāng)從高速往下調(diào)整時(shí)，是一個(gè)反向充磁過程，電機(jī)給一個(gè)足夠大的增磁電流（磁化電流），磁鋼的工作點(diǎn)就會(huì)恢復(fù)到E,或者G點(diǎn)的水平。如此可實(shí)現(xiàn)磁通周期往復(fù)變化，采用這種技術(shù)的電機(jī)就叫著記憶電機(jī)。

那為什么釹鐵硼材料不能做到記憶的效果呢？ 這是由兩個(gè)原因決定的。

第一：釹鐵硼材料的矯頑力太高，靠電機(jī)的的磁場(chǎng)沒法輕易把它永久性去磁化。一定要去磁可以把轉(zhuǎn)子拉出來，放在專用充磁頭內(nèi)，靠瞬間大電流放電，產(chǎn)生2倍以上材料矯頑力強(qiáng)度的磁場(chǎng)才可以（就是轉(zhuǎn)子整體充磁機(jī)，即可充磁也可以退磁）。

第二：釹鐵硼材料的B-H曲線更像是一條直線，而鋁鎳鈷等軟磁材料的B-H曲線更像是一個(gè)曲線，有一個(gè)明顯的拐點(diǎn)。 當(dāng)磁鋼受到退磁磁場(chǎng)，工作點(diǎn)在拐點(diǎn)以上直線部分時(shí)，退磁是可逆的。這就決定了釹鐵硼磁鋼可以記憶的工作點(diǎn)很少，不適合做記憶磁材。

其它可變磁通結(jié)構(gòu)

當(dāng)然還存在其它變磁極結(jié)構(gòu)。下面介紹一種升級(jí)版的混合式變磁通結(jié)構(gòu)。為什么要混合？因?yàn)殇X鎳鈷、鐵氧體等軟磁材料磁能積太低，無法保證功率密度。混合式結(jié)構(gòu)就是將釹鐵硼和鋁鎳鈷材料混合起來應(yīng)用，這樣一部分磁通固定，提供較強(qiáng)的背景磁場(chǎng)，另外一部分磁通是可調(diào)的。在高功率密度和寬工作區(qū)域兩個(gè)指標(biāo)之間作了一個(gè)折中。

上圖提供了兩種混合結(jié)構(gòu)，上面是串聯(lián)式，下圖是并聯(lián)式。下面那種結(jié)構(gòu)更成熟，這是因?yàn)殇X鎳鈷材料和釹鐵硼材料在轉(zhuǎn)子側(cè)磁路獨(dú)立，給鋁鎳鈷退磁時(shí)，不需要克服釹鐵硼的矯頑力。而且這種結(jié)構(gòu)還有一定的磁阻轉(zhuǎn)矩，提高了轉(zhuǎn)矩密度。

東芝公司開發(fā)成功了一款并聯(lián)式磁極結(jié)構(gòu)，如下圖所示，兩翼為可變磁場(chǎng)方向的鋁鎳鈷磁鋼，底部為不變磁場(chǎng)方向的釹鐵硼磁鋼，電機(jī)有兩種大的工作狀態(tài)，一種是增磁模式，鋁鎳鈷的磁場(chǎng)方向和釹鐵硼的相同，另外一種是消磁模式，鋁鎳鈷的磁場(chǎng)方向和釹鐵硼的相抵消。如此電機(jī)的磁通，可以在大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。

可變磁通結(jié)構(gòu)的問題

可變磁通結(jié)構(gòu)在工業(yè)電機(jī)中已有應(yīng)用，但在車用主驅(qū)領(lǐng)域離產(chǎn)品化還有一定距離，主要的問題有三個(gè)：

轉(zhuǎn)矩密度離普通不變磁通電機(jī)還有一定差距，需要更強(qiáng)的鋁鎳鈷材料開發(fā)成功；

在低速大電流工況時(shí)，稀土材料都面臨退磁的風(fēng)險(xiǎn)，加入的軟磁材料能否起到增磁作用值得懷疑；

在什么工況下該退磁，退磁到什么程度，需要額外的控制算法，系統(tǒng)復(fù)雜度提高；

總結(jié)

記憶電機(jī)雖然不是新技術(shù)，但是在新的應(yīng)用需求前，它正在煥發(fā)出旺盛的生命力。是的，雖然現(xiàn)在還有很多問題需要解決，但不用太急功近利，成功的創(chuàng)新就是要在大量試錯(cuò)的基礎(chǔ)上建立起來的。