المحرك المتزامن ذو المغناطيس الدائم، المعروف اختصاراً بـ PMSM، هو الآلة الكهربائية التي تحرّك الأغلبية الساحقة من السيارات الكهربائية الحديثة العاملة بالبطارية والسيارات الهجينة القابلة للشحن. ويعود تفوقه إلى أن عضوه الدوار يحمل مجاله المغناطيسي الخاص، الناتج عن مغناطيسات ثابتة قوية لا عن تيار كهربائي يُغذّى من الخارج. ولأن هذا المجال حاضر بصفة دائمة، فإن المحرك لا يبدد أي طاقة في توليده، ما يمنحه كفاءة استثنائية ونسبة ممتازة بين القدرة والوزن وبين القدرة والحجم. والنتيجة وحدة مدمجة خفيفة تقدّم عزم دوران قوياً من السكون، وهي الخصائص التي تحتاجها سيارة الركاب تماماً.
يتكوّن المحرك ميكانيكياً من جزأين رئيسيين: عضو ثابت ملفوف بملفات نحاسية، وعضو دوار تُغرس فيه المغناطيسات. وعندما يضخّ العاكس (Inverter) تياراً متردداً ثلاثي الطور في ملفات العضو الثابت، يتولّد مجال مغناطيسي دوّار. فتلتصق مغناطيسات العضو الدوار بهذا المجال الدوّار وتلاحقه، فيدور العضو الدوار بالتزامن معه، ومن هنا تسمية المحرك بالمتزامن. وفي معظم التصاميم المخصصة للسيارات، تُدفن المغناطيسات داخل صفائح الفولاذ في العضو الدوار بدلاً من تركيبها على سطحه؛ وهذا التخطيط الداخلي للمغناطيس الدائم يضيف مكوّناً مفيداً من عزم الممانعة ويتيح للعضو الدوار أن يدور بأمان عند سرعات عالية دون أن تتطاير المغناطيسات.
أما المغناطيسات نفسها فهي عادة من النيوديميوم والحديد والبورون من العناصر الأرضية النادرة، وكثيراً ما يُضاف إليها الديسبروسيوم أو التيربيوم لمنعها من فقدان مغناطيسيتها عند ارتفاع حرارتها. وقوتها هي مصدر كفاءة المحرك، لكنها في الوقت ذاته عيبه الأكبر. فالعناصر الأرضية النادرة باهظة الثمن، وإمداداتها متركزة جغرافياً، ويحمل تعدينها وتكريرها عبئاً بيئياً وجيوسياسياً. وقد دفع هذا المصنّعين إلى تقليل محتوى المغناطيس، أو إعادة تصميم العضو الدوار لاستخدام كمية أقل من العناصر الثقيلة النادرة، أو إقران محرك PMSM على محور واحد بمحرك حثي خالٍ من المغناطيس على المحور الآخر في بعض الطرازات.
ويتطلب التحكم الدقيق معرفة دقيقة بموضع العضو الدوار، لذلك يعتمد المحرك على حساس موضع، غالباً ما يكون محلّلاً (Resolver)، يرسل البيانات إلى العاكس الذي يضبط شكل موجة التيار آلاف المرات في الثانية. وتتيح المعدات نفسها للمحرك أن يعمل مولّداً أثناء الفرملة الاسترجاعية، فيحوّل زخم السيارة إلى شحنة مخزّنة. ويترتب على المجال الدائم خاصية عملية لافتة: لأن المغناطيسات تحثّ دوماً قوة دافعة كهربائية عكسية، لا يستطيع محرك PMSM أن يدور بحرية بنظافة المحرك الحثي، وعند السرعات العالية جداً يجب التحكم فيه بفاعلية عبر إضعاف المجال لتفادي توليد ممانعة فرملة غير مرغوبة أو جهد زائد.
وضمن منظومة نقل الحركة الأوسع، يقع محرك PMSM بين العاكس الذي يزوده بتياره المُشكَّل بعناية، وترس التخفيض الذي يوائم سرعته الدورانية العالية مع العجلات. وبديله الرئيسي هو المحرك الحثي الذي يضحّي بقليل من الكفاءة مقابل كلفة أدنى وتحرر من المواد الأرضية النادرة، والاختيار بين الاثنين أحد القرارات الهندسية الفاصلة وراء منظومة الدفع في أي سيارة كهربائية وكفاءتها الإجمالية.
- يستخدم العضو الدوار مغناطيسات دائمة ثابتة (من العناصر الأرضية النادرة عادة)
- عالي الكفاءة ومدمج، وهو أكثر محركات السيارات الكهربائية شيوعاً
- لا يحتاج إلى طاقة لتوليد مجال عضوه الدوار
- يعتمد على المعادن الأرضية النادرة ولا يدور بحرية بنظافة المحرك الحثي