隨著全球能源危機加重，如何降低能源消耗，提升能源利用效率已成為各國關注的焦點。電動汽車可以實現零排放或近似零排放，能有效解決環境問題和能源危機，成為世界各國積極研討的課題。永磁同步電機因具有調速性能好、功率密度高、運行較可靠等特性，已被廣泛應用于電動汽車，其電機效率也備受關注。但隨著電機頻率的上升，電機的損耗會大幅增加，同時帶來發熱等問題，導致電動汽車續航能力差，安全性能下降，這些問題是由傳統硅鋼片材料的特性所決定的，因此可以考慮改變電機材料以改善這一情況。

非晶合金材料具有高磁導率、低矯頑力和低損耗特性，它在一些領域正逐步取代傳統硅鋼片和鐵氧體材料，成為一種新型的綠色材料。中國科學院物理研究所于2005年成功研制出新型非晶合金。耶魯大學J. Schroeres等使用金屬合金加工和制造非晶合金微納米，目前非晶合金已廣泛應用于變壓器中，并取得很好的效果。

與其他軟磁材料相比，非晶合金材料在高頻時鐵耗較低，其在高頻領域的應用已取得了良好的效果。例如在變壓器上使用非晶合金材料替代傳統的硅鋼片可以大幅降低鐵耗，從而提升效率，節約能源；非晶合金材料也在一部分異步電機上應用，經過參數調整，證明非晶合金應用于異步永磁電機定子鐵心可大大降低電機的鐵耗并提升電機效率；與此同時，非晶合金材料在電力電子等方面應用也較為成熟。因而進一步推廣非晶合金材料的應用范圍，能較好地解決我國能源利用效率低的問題，非晶合金在很多領域已經體現出很高的經濟效益。

本文針對電動汽車用永磁同步電機（Permanent Magnet Synchronous Motor, PMSM）中非晶合金材料帶來的性能改善展開研究。針對一臺18kW永磁同步電機，制作兩臺相同結構、不同定子鐵心材料的樣機，其中一臺定子鐵心采用普通硅鋼片，另外一臺采用非晶合金。對比了兩臺電機的質量，采用電磁場數值計算方法求解兩臺電機的空載齒槽轉矩、磁通密度分布和鐵耗分布，并針對實驗樣機進行測量。

圖14 電機實驗平臺

結論

本文針對兩臺18kW、定子鐵心分別采用硅鋼材料和非晶合金材料的永磁同步電機進行分析，建立了有限元分析模型。通過仿真驗證非晶合金電機的鐵耗遠小于硅鋼電機，分析了隨著頻率變化硅鋼電機和非晶合金電機的鐵耗變化趨勢。

通過對兩臺電機進行實驗測試，證明了有限元模型的合理性和準確性；對比了兩臺電機的效率MAP圖，從圖15和圖16中可看出非晶合金電機較硅鋼電機在高速下效率更高，適用范圍更廣，用于電動汽車可以適應于更多的工況。但從圖16中也可以看出，非晶合金電機在低轉速、大轉矩下存在電機效率較低且效率下降快的問題。為充分發揮非晶合金材料的優勢，對非晶合金電機進行優化設計以進一步提高電機效率，是后續研究的主要內容。