RIO 电 驱 动
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前言
驱动电机磁钢布置作为影响驱动电机性能的关键因素之一，从早期的简单一字型布置，到如今的复杂双层V+1型结构，磁钢布置的优化不仅提升了电机的转矩密度和动力性能，还为电动汽车的续航里程和驾驶体验带来了显著提升。
本文将深入探讨磁钢布置的发展历程，并展望其后续可能的发展方向。
01#
磁钢布置发展：从一到V，从单层到双层
从“一”到V布置
2003款和2004款丰田Prius的转子冲片结构有所不同，对比图片如下。2003款转子内永磁体呈一字型，输出转矩为350 Nm，功率为33 kW，最大转速为5600 r/min。而2004款转子内永磁体为V型，输出转矩提升至400 Nm，功率增至50 kW，最大转速达6000 r/min。
2004年较2003年的提升主要原因如下：
▶ 定子绕组连接方式的改变：2004款采用串联绕组，与2003款的并联绕组有所不同。串联绕组能够提高母线电压，从而在基速以上时显著提升功率输出。这个不是本次讲解重点。
▶ 转子永磁体磁路的改变：从一字型到V型的转变意味着磁路的变化。V型结构的交轴电感比一字型更大，这直接提高了磁阻转矩。磁阻转矩的提升意味着更高的扭矩密度和更佳的动力性能。这个就是本次讲解重点了。
如下图是永磁同步电机转矩组成的公式：
电磁转矩由两部分组成，一部分是永磁转矩——3 /2 𝑝𝜓𝑝𝑚𝐼𝑞，这部分转矩是由定子绕组通电产生的磁场与转子永磁体产生的磁场相互作用产生的；另一 部分为磁阻转矩——3 /2 𝑝(𝐿𝑑 − 𝐿𝑞)𝐼𝑑𝐼𝑞，这部分转矩是定子绕组通电产生的磁场对转子硅钢片产生的切向吸引力，这部分转矩产生的原因是由于电机磁钢内嵌，交直轴电感不等，当定子产生的磁场与转子相对位置不对称时，就会产生切向拉力。可以看出，交轴电感越大，磁阻转矩也越大即提高电机的转矩密度。
从单层到双层
到了2017款，驱动电机的转子永磁体结构进一步进化为双层布置V+1型。如下图，相较于之前的版本，其设计更为先进和复杂，双层永磁体结构通过提高磁密和凸极率，进一步提升了性能。此外，通过优化上下层永磁体的结构参数，气隙磁密也得到了更好的控制，使其更加正弦。这种设计能够确保电机在高转速下的稳定性，并减少谐波干扰，从而优化整体性能。
02#
磁钢布置后续可能:单列磁钢，非对称磁钢
非称磁钢布置
目前新能源电驱所用永磁同步电机大多都是对称布置，其优点：
▶ 磁钢种类少，降低制造难度；
▶ 初始动平衡较好。
但是对称布置的气隙磁密不是正弦，如果想要得气隙磁密正弦，那么非对称磁钢布置是一个方案，如下为非对称磁钢布置示意图。
对称（左）与非对称（右）转子结构
非对称主要有以下几点:
▶ 隔磁桥非对称；
▶ 磁钢非对称。
这么布置能使气隙磁密更大程度正弦话，那么反电势正弦程度也高，如下：
空载反电动势波形
这种好处显而易见，电机效率，NVH都能有所提高
但是缺点也有，非常严重就是这种结构天然动不平衡，这个设计时候需要考虑。其次就是制造难度，这种布置所用磁钢种类较多，比对称布置的制造难度大。
混合磁钢布置
铁氧体与钕铁硼混合用的永磁同步电机，也就是混合磁钢，这种方案目的消除铁氧体内禀矫顽力不足的特点，又通过增加铁氧体方式增加磁密，减少钕铁硼使用，如下。
但是该布置功率密度不会很高，可以考虑用在A00级别车上。
总结
磁钢布置的优化是驱动电机性能提升的重要途径。从一字型到V型，再到双层V+1型，每一次的变革都带来了电机性能的显著提升。
未来，随着新能源汽车市场的不断发展和技术的不断进步，磁钢布置的设计将更加多样化，非对称磁钢和混合磁钢等新型布置方式将为电动汽车的驱动电机带来更加卓越的性能表现。然而，这些新型布置方式也带来了新的挑战，如动平衡问题和制造难度等，需要科研人员在设计过程中进行综合考虑和权衡。相信在不久的将来，磁钢布置的优化将为电动汽车的普及和发展注入新的活力。
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