【永磁同步(bu)電機】永磁同步(bu)電機原理 永磁同步(bu)電機結構(gou)

永磁同步電機原理

在(zai)交流異(yi)步(bu)(bu)(bu)電動機(ji)中(zhong)，轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)子(zi)(zi)(zi)磁(ci)(ci)(ci)場的形成要分(fen)兩步(bu)(bu)(bu)走：第一步(bu)(bu)(bu)是定(ding)子(zi)(zi)(zi)旋(xuan)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)磁(ci)(ci)(ci)場先在(zai)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)子(zi)(zi)(zi)繞(rao)組(zu)中(zhong)感應(ying)出電流；第二步(bu)(bu)(bu)是感應(ying)電流再產(chan)(chan)生轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)子(zi)(zi)(zi)磁(ci)(ci)(ci)場。在(zai)楞次定(ding)律的作用(yong)下，轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)子(zi)(zi)(zi)跟隨定(ding)子(zi)(zi)(zi)旋(xuan)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)磁(ci)(ci)(ci)場轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)動，但又“永遠追不上(shang)”，因此才稱其為異(yi)步(bu)(bu)(bu)電動機(ji)。如果(guo)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)子(zi)(zi)(zi)繞(rao)組(zu)中(zhong)的電流不是由定(ding)子(zi)(zi)(zi)旋(xuan)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)磁(ci)(ci)(ci)場感應(ying)的，而是自己(ji)產(chan)(chan)生的，則(ze)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)子(zi)(zi)(zi)磁(ci)(ci)(ci)場與(yu)定(ding)子(zi)(zi)(zi)旋(xuan)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)磁(ci)(ci)(ci)場無關，而且其磁(ci)(ci)(ci)極方(fang)向是固(gu)定(ding)的，那么根據同(tong)性(xing)相(xiang)斥、異(yi)性(xing)相(xiang)吸的原理，定(ding)子(zi)(zi)(zi)的旋(xuan)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)磁(ci)(ci)(ci)場就會拉動轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)子(zi)(zi)(zi)旋(xuan)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)，并且使轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)子(zi)(zi)(zi)磁(ci)(ci)(ci)場及轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)子(zi)(zi)(zi)與(yu)定(ding)子(zi)(zi)(zi)旋(xuan)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)磁(ci)(ci)(ci)場“同(tong)步(bu)(bu)(bu)”旋(xuan)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)。這就是同(tong)步(bu)(bu)(bu)電動機(ji)的工作原理。

根據(ju)轉子自生磁場(chang)產生方(fang)式的不同(tong)，又可以將同(tong)步電動機(ji)分為兩種：

一是將轉子繞組通上外接直流(liu)電(dian)(dian)（勵(li)磁(ci)電(dian)(dian)流(liu)），然(ran)后由勵(li)磁(ci)電(dian)(dian)流(liu)產(chan)生轉子磁(ci)場，進而使轉子與(yu)定子磁(ci)場同步旋轉。這種由勵(li)磁(ci)電(dian)(dian)流(liu)產(chan)生轉子磁(ci)場的(de)同步電(dian)(dian)動機(ji)稱為勵(li)磁(ci)同步電(dian)(dian)動機(ji)。

二是干脆(cui)在(zai)轉子上嵌(qian)上永(yong)久磁(ci)(ci)體(ti)，直接產(chan)生磁(ci)(ci)場(chang)，省去了(le)勵磁(ci)(ci)電(dian)(dian)流或(huo)感應電(dian)(dian)流的環節。這種由永(yong)久磁(ci)(ci)體(ti)產(chan)生轉子磁(ci)(ci)場(chang)的同(tong)步(bu)電(dian)(dian)動機，就稱(cheng)為永(yong)磁(ci)(ci)同(tong)步(bu)電(dian)(dian)動機。

永磁同步電機特點

永磁電動機具有較高的功率/質量比，體積更小，質量更輕，比其他類型電動機的輸出轉矩更大，電動機的極限轉速和制動性能也比較優異，因此永磁同步電動機已成為現今電動汽車應(ying)用(yong)最多(duo)的電動(dong)(dong)機。但永磁材料在受到振動(dong)(dong)、高溫和過載(zai)電流作用(yong)時(shi)，其導磁性能(neng)可能(neng)會下降(jiang)，或發生退磁現象，有可能(neng)降(jiang)低永磁電動(dong)(dong)機的性能(neng)。另(ling)外，稀(xi)土式(shi)永磁同步電動(dong)(dong)機要(yao)用(yong)到稀(xi)土材料，制造成本不太穩定。

除了永磁同步電機，異步電機也因特斯拉的使用而被廣泛關注。與同步電機相比起來，電機(ji)轉(zhuan)(zhuan)子的(de)轉(zhuan)(zhuan)速總(zong)是小(xiao)于旋轉(zhuan)(zhuan)磁場（由定子繞組(zu)電流產生）的(de)轉(zhuan)(zhuan)速。因(yin)此(ci)，轉(zhuan)(zhuan)子看(kan)起來與定子繞組(zu)的(de)電流頻率總(zong)是“不一(yi)致”，這也是其為什么叫異步電機(ji)的(de)原因(yin)。

相比(bi)于永(yong)磁同步(bu)(bu)電(dian)(dian)(dian)機，異步(bu)(bu)電(dian)(dian)(dian)機的(de)優點(dian)是(shi)成本低，工藝簡單(dan)；當然其缺(que)點(dian)就是(shi)其功率密(mi)度(du)與轉矩密(mi)度(du)要(yao)低于永(yong)磁同步(bu)(bu)電(dian)(dian)(dian)機。而特斯拉ModelS為何選用異步(bu)(bu)電(dian)(dian)(dian)機而不是(shi)永(yong)磁同步(bu)(bu)電(dian)(dian)(dian)機，除了(le)控(kong)制成本這個主要(yao)原因(yin)之外，較大的(de)ModelS車(che)體能夠(gou)有足夠(gou)空間(jian)放的(de)下相對(dui)大一點(dian)的(de)異步(bu)(bu)電(dian)(dian)(dian)機，也(ye)是(shi)一個很重要(yao)的(de)因(yin)素。

永磁同步電機結構

永(yong)磁(ci)同(tong)步(bu)電(dian)(dian)機(ji)主要是由轉子(zi)、端蓋、及(ji)(ji)定(ding)子(zi)等各部件組成(cheng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)。一般來(lai)說，永(yong)磁(ci) 同(tong)步(bu)電(dian)(dian)機(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)最大(da)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)特點是它(ta)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)定(ding)子(zi)結(jie)(jie)構(gou)與(yu)普通的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)感應電(dian)(dian)機(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)結(jie)(jie)構(gou)非(fei)常非(fei)常的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)相似，主要是區(qu)別于轉子(zi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)獨特的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)結(jie)(jie)構(gou)與(yu)其它(ta)電(dian)(dian)機(ji)形成(cheng)了差別。和常用的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)異(yi)步(bu)電(dian)(dian)機(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)最大(da)不同(tong)則(ze)(ze)是轉子(zi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)獨特的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)結(jie)(jie)構(gou)，在轉子(zi)上(shang)放有(you)高(gao)質量的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)永(yong)磁(ci)體磁(ci)極。由于在轉子(zi)上(shang)安放永(yong)磁(ci)體的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)位置有(you)很多選擇，所(suo)以永(yong)磁(ci)同(tong)步(bu)電(dian)(dian)機(ji)通常會被分為三大(da)類：內嵌式、面貼式以及(ji)(ji)插入式，如圖1.1所(suo)示。永(yong)磁(ci)同(tong)步(bu)電(dian)(dian)機(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)運(yun)行性能(neng)是最受關(guan)注(zhu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)，影(ying)響其性能(neng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)因(yin)素有(you)很多，但是最主要的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)則(ze)(ze)是永(yong)磁(ci)同(tong)步(bu)電(dian)(dian)機(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)結(jie)(jie)構(gou)。就(jiu)面貼式、插入式和嵌入式而言(yan)，各種結(jie)(jie)構(gou)都(dou)各有(you)其各自的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)優點。

該圖片由注冊用戶"中華小當家"提供，版權聲明反饋

面貼(tie)(tie)式(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)永(yong)(yong)磁(ci)(ci)同步(bu)電(dian)機(ji)(ji)(ji)在(zai)(zai)工業上是(shi)(shi)(shi)(shi)應用(yong)(yong)最廣泛的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)，其(qi)(qi)(qi)(qi)最主要的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)原因是(shi)(shi)(shi)(shi)其(qi)(qi)(qi)(qi)擁有(you)(you)很(hen)(hen)(hen)(hen)多其(qi)(qi)(qi)(qi)他形式(shi)(shi)電(dian)機(ji)(ji)(ji)無法比(bi)擬的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)優點，例如(ru)其(qi)(qi)(qi)(qi)制(zhi)造(zao)方(fang)便(bian)，轉(zhuan)動慣性(xing)比(bi)較(jiao)(jiao)(jiao)小(xiao)(xiao)以及結(jie)構(gou)(gou)(gou)很(hen)(hen)(hen)(hen)簡單(dan)等。并且(qie)這(zhe)種(zhong)類型的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)永(yong)(yong)磁(ci)(ci)同步(bu)電(dian)機(ji)(ji)(ji)更(geng)加(jia)容易被(bei)(bei)(bei)設(she)(she)計師來(lai)(lai)進行對其(qi)(qi)(qi)(qi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)優化設(she)(she)計，其(qi)(qi)(qi)(qi)中(zhong)(zhong)最主要的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)方(fang)法是(shi)(shi)(shi)(shi)設(she)(she)計成(cheng)近似正弦的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)分(fen)布把氣隙(xi)磁(ci)(ci)鏈的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)分(fen)布結(jie)構(gou)(gou)(gou)，將其(qi)(qi)(qi)(qi)分(fen)布結(jie)構(gou)(gou)(gou)改成(cheng)正弦分(fen)布后能(neng)(neng)夠(gou)帶(dai)(dai)來(lai)(lai)很(hen)(hen)(hen)(hen)多的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)優勢，例如(ru)它(ta)(ta)所帶(dai)(dai)來(lai)(lai)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)負面效(xiao)應，能(neng)(neng)減小(xiao)(xiao)磁(ci)(ci)場的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)諧波以及應用(yong)(yong)以上的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)方(fang)法能(neng)(neng)夠(gou)很(hen)(hen)(hen)(hen)好(hao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)改善(shan)電(dian)機(ji)(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)運(yun)行性(xing)能(neng)(neng)。插入式(shi)(shi)結(jie)構(gou)(gou)(gou)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)機(ji)(ji)(ji)之所以能(neng)(neng)夠(gou)跟(gen)面貼(tie)(tie)式(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)機(ji)(ji)(ji)相比(bi)較(jiao)(jiao)(jiao)有(you)(you)很(hen)(hen)(hen)(hen)大(da)(da)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)改善(shan)是(shi)(shi)(shi)(shi)因為(wei)(wei)(wei)它(ta)(ta)充分(fen)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)利用(yong)(yong)了(le)它(ta)(ta)設(she)(she)計出(chu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)磁(ci)(ci)鏈的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)結(jie)構(gou)(gou)(gou)有(you)(you)著(zhu)不(bu)對稱性(xing)所生(sheng)成(cheng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)獨(du)特的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)磁(ci)(ci)阻轉(zhuan)矩能(neng)(neng)大(da)(da)大(da)(da)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)提高(gao)了(le)電(dian)機(ji)(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)功率密度(du)，并且(qie)在(zai)(zai)也能(neng)(neng)很(hen)(hen)(hen)(hen)方(fang)便(bian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)制(zhi)造(zao)出(chu)來(lai)(lai)，所以永(yong)(yong)磁(ci)(ci)同步(bu)電(dian)機(ji)(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)這(zhe)種(zhong)結(jie)構(gou)(gou)(gou)被(bei)(bei)(bei)比(bi)較(jiao)(jiao)(jiao)多的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)應用(yong)(yong)于在(zai)(zai)傳動系統中(zhong)(zhong)，但(dan)是(shi)(shi)(shi)(shi)其(qi)(qi)(qi)(qi)缺(que)點也是(shi)(shi)(shi)(shi)很(hen)(hen)(hen)(hen)突出(chu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)，例如(ru)制(zhi)作成(cheng)本和漏磁(ci)(ci)系數與面貼(tie)(tie)式(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)相比(bi)較(jiao)(jiao)(jiao)都要大(da)(da)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)多。嵌(qian)入式(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)永(yong)(yong)磁(ci)(ci)同步(bu)電(dian)機(ji)(ji)(ji)中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)永(yong)(yong)磁(ci)(ci)體(ti)是(shi)(shi)(shi)(shi)被(bei)(bei)(bei)安置(zhi)在(zai)(zai)轉(zhuan)子的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)內(nei)部，相比(bi)較(jiao)(jiao)(jiao)而言其(qi)(qi)(qi)(qi)結(jie)構(gou)(gou)(gou)雖然比(bi)較(jiao)(jiao)(jiao)復雜，但(dan)卻有(you)(you)幾個很(hen)(hen)(hen)(hen)明顯的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)優點是(shi)(shi)(shi)(shi)毋(wu)庸置(zhi)疑的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)，因為(wei)(wei)(wei)有(you)(you)以高(gao)氣隙(xi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)磁(ci)(ci)通密度(du)，所很(hen)(hen)(hen)(hen)明顯的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)它(ta)(ta)跟(gen)面貼(tie)(tie)式(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)機(ji)(ji)(ji)相比(bi)較(jiao)(jiao)(jiao)就(jiu)會產生(sheng)很(hen)(hen)(hen)(hen)大(da)(da)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)轉(zhuan)矩；因為(wei)(wei)(wei)在(zai)(zai)轉(zhuan)子永(yong)(yong)磁(ci)(ci)體(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)安裝方(fang)式(shi)(shi)是(shi)(shi)(shi)(shi)選擇嵌(qian)入式(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)，所以永(yong)(yong)磁(ci)(ci)體(ti)在(zai)(zai)被(bei)(bei)(bei)去磁(ci)(ci)后所帶(dai)(dai)來(lai)(lai)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)一系列(lie)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)危險(xian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)可能(neng)(neng)性(xing)就(jiu)會很(hen)(hen)(hen)(hen)小(xiao)(xiao)，因此(ci)電(dian)機(ji)(ji)(ji)能(neng)(neng)夠(gou)在(zai)(zai)更(geng)高(gao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)旋(xuan)轉(zhuan)速度(du)下(xia)運(yun)行但(dan)是(shi)(shi)(shi)(shi)并不(bu)需要考慮轉(zhuan)子中(zhong)(zhong)永(yong)(yong)磁(ci)(ci)體(ti)是(shi)(shi)(shi)(shi)否會因為(wei)(wei)(wei)離心力(li)過(guo)大(da)(da)而被(bei)(bei)(bei)破(po)壞。

為了體現永磁同步電機的優越性能，與傳統異步電機來進行比較，永磁同步電機特別是最常用的稀土式的永磁同步電機具有結構簡單，運行可靠性很高；體積非常的小，質量特別的輕；損耗也相對較少，效率也比較高；電機的形狀以及大小可以靈活多樣的變化等比較明顯的優點。正是因為其擁有這么多的優勢所以其應用范圍非常的廣泛，幾乎遍及航空航天、國防、工農業的生產和日常生活等的各個領域。永磁同步電動機與感應電動機相比，可以考慮不輸入無功勵磁電流，因此可以非常明顯的提高其功率因素，進而減少了定子上的電流以及定子上電阻的損耗，而且在穩定運行的時候沒有轉子電阻上的損耗，進而可以因總損耗的降低而減小風扇（小容量的電機甚至可以不用風扇）以及相應的風磨損耗，從而與同規格的感應電動機相比較其效率可以提高2-8個百分點。