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背景：

近年来随着国家“3060”节能减排工程的推进，新能源汽车驱动电机也得到了快速发展。永磁电机因为效率高、体积小、有较高的功率密度等优点，占据了整个新能源市场的97.51%。其他类型的电机占比还不到3%。电机比重占比见图一。

图一

但永磁同步电机，尤其是稀土永磁同步电机，由于稀土元素的原因，导致稀土永磁同步电机成本高，供需关系复杂。因此为了降低稀土永磁电机相关的风险，少稀土电机或无稀土电机成为近来一段时间电机技术的主攻方向。

通过对电机种类的分析，在众多的电机类型中，有三种电机适合驱动车辆，分别是永磁同步电机（PM）、鼠笼转子感应电机（IM）和电励磁同步电机（EESM）。见图二。

图二

在2023年3月2日，特斯拉的“投资日”的发布会上，特斯拉提到其下一代电机将完全不使用稀土。因为特斯拉已经掌握了感应电机和永磁电机的技术，所以有众多专家推测，其下一代电机可能是电励磁电机。

电励磁电机的结构：

那什么是电励磁同步电机，其结构是什么样的呢？

在2023年的第二十届上海车展上，稀土永磁同步电机还是展出的主流，但法雷奥公司展出的一款电励磁电机却抢尽了风头。我们就以法雷奥的这套系统，来看一看电励磁电机的结构构成。见图三。

图三

电励磁电机的定子和永磁同步电机的定子是一样的。定子8层扁线，48槽的设计。定子外圆有凸出的四个安装耳朵，可以看出法雷奥采用的是一个油冷的设计。见图四。

图四

EESM电机和永磁电机的不同之处是转子的结构。顾名思义，电励磁电机就是转子上的磁极是由线圈（红圈所示）通直流电励磁产生的，替代了永磁体的使用，是一种彻底的不含稀土的电机。见图五。

图五

右侧转子轴的端部有两个滑环，这是直流电输入转子的位置。见图六。

图六

后端盖上红圈位置是直流电输入端的碳刷结构。见图七。

图七

示意图显示，碳刷和转子上的滑环通过一定压力的接触，让电流流入转子。见图八。

图八

其电路原理图见图九。

图九

电励磁电机的性能特点：

通过以上图文，我们了解了电励磁电机基本的结构特点及运行原理。由于结构和运行原理的区别，电励磁电机在性能上也具备其特色。

永磁同步电机转子磁场是固定的（在不考虑温度变化的情况下），无法进行调节。电机转速超过拐点速度后需要做弱磁控制。这时定子中的一部分电流做功，而另一部分电流产生和转子磁场相反的磁场来削弱气隙磁场，达到弱磁扩速的目的。因而在深度弱磁区，电机功率无法保持恒定，将会有明显下降。见图十红色圆圈处。

电流电励磁同步电机和永磁电机不同，在弱磁区域可以通过调整转子电路中的电流，实现转子磁场的减小。定子电流可以全部参与做功。因此在电机的弱磁区域可以保持真正的恒定功率的运行。见图十。

图十

永磁同步电机和电励磁电机的高效区的分布区域不同，电励磁电机的高效区更偏向高速区。见图十一。

图十一

从效率分布图来看，永磁同步电机适合城市工况，电励磁电机更适合高速工况。

由于转子需要通电流产生磁场，电励磁电机转子损耗要远高于永磁电机的转子损耗。带来的影响是电励磁电机的持续功率和持续扭矩要弱于永磁同步电机。下图是宝马电励磁电机的一些性能参数，可以看出电机持续功率/峰值功率=0.38。而永磁同步电机这个比值在0.5左右。见图十二。

图十二

要解决这个问题需要在电机冷却上做文章。

法雷奥的电励磁电机采用了油冷技术。

也有的公司，电机采用水冷却，其转子绕组采用了直接冷却的技术，来降低转子的损耗。提升持续功率和扭矩。见图十三。

图十三

电励磁电机采用了电刷和滑环，电刷和滑环的摩擦不可避免。因此电励磁电机需要定期维护。

同时还要避免电刷摩擦下来的碎屑进入电机内部，尤其是油冷的电励磁电机。如果电刷碎屑进入电机内部并混入冷却油中，有一定几率造成电机短路故障。见图十四。

图十四

为了避免这种失效和降低摩擦提升效率，马勒、华为等公司对无线供电技术进行了探索。

马勒电励磁电机转子无线供电技术

华为电励磁电机转子无线供电技术

总结：

通过以上的分析，由于励磁磁场可调，电励磁电机可以进一步提升功率因数，增大峰值功率，提高运行效率。电励磁电机的效率接近永磁电机，高于异步电机。

但是，电励磁电机也存在一些无法回避的技术问题：需要电刷和集电环为励磁绕组供电，存在励磁损耗，输出转矩/功率密度低等。若能解决励磁绕组供电问题，并提高功率和转矩密度，电励磁电机具有特殊的优势和应用价值。

由于欧美对稀土供应的担忧，电励磁电机应该是欧美替代稀土永磁电机的最佳方案。但对于我们国内的工程师来说，在充分利用我们稀土永磁的优势之外，也需要沉下心来对电励磁电机进行研究，避免欧美国家以环保低碳为由头，对我们搭载稀土永磁电机的新能源车出口，设置限制条件，影响我们新能源车国际化的步伐。