【永(yong)磁(ci)同(tong)步(bu)電機(ji)】永(yong)磁(ci)同(tong)步(bu)電機(ji)原理 永(yong)磁(ci)同(tong)步(bu)電機(ji)結構(gou)

永磁同步電機原理

在(zai)交(jiao)流異(yi)步(bu)電動(dong)機中，轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)子(zi)(zi)磁(ci)(ci)場(chang)(chang)的(de)形成(cheng)要分兩步(bu)走：第(di)一步(bu)是(shi)(shi)(shi)定(ding)(ding)子(zi)(zi)旋(xuan)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)磁(ci)(ci)場(chang)(chang)先在(zai)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)子(zi)(zi)繞組(zu)中感應出電流；第(di)二步(bu)是(shi)(shi)(shi)感應電流再產生轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)子(zi)(zi)磁(ci)(ci)場(chang)(chang)。在(zai)楞次定(ding)(ding)律的(de)作用下，轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)子(zi)(zi)跟隨定(ding)(ding)子(zi)(zi)旋(xuan)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)磁(ci)(ci)場(chang)(chang)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)動(dong)，但又“永(yong)遠(yuan)追不上”，因此才稱(cheng)其(qi)為異(yi)步(bu)電動(dong)機。如果轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)子(zi)(zi)繞組(zu)中的(de)電流不是(shi)(shi)(shi)由定(ding)(ding)子(zi)(zi)旋(xuan)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)磁(ci)(ci)場(chang)(chang)感應的(de)，而(er)是(shi)(shi)(shi)自己產生的(de)，則轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)子(zi)(zi)磁(ci)(ci)場(chang)(chang)與定(ding)(ding)子(zi)(zi)旋(xuan)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)磁(ci)(ci)場(chang)(chang)無關(guan)，而(er)且其(qi)磁(ci)(ci)極方向是(shi)(shi)(shi)固定(ding)(ding)的(de)，那么根據同性相斥、異(yi)性相吸(xi)的(de)原理，定(ding)(ding)子(zi)(zi)的(de)旋(xuan)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)磁(ci)(ci)場(chang)(chang)就(jiu)會拉動(dong)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)子(zi)(zi)旋(xuan)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)，并且使轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)子(zi)(zi)磁(ci)(ci)場(chang)(chang)及轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)子(zi)(zi)與定(ding)(ding)子(zi)(zi)旋(xuan)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)磁(ci)(ci)場(chang)(chang)“同步(bu)”旋(xuan)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)。這就(jiu)是(shi)(shi)(shi)同步(bu)電動(dong)機的(de)工作原理。

根據(ju)轉子自生磁場產生方(fang)式的(de)不同(tong)(tong)，又(you)可以將同(tong)(tong)步電(dian)動機分為(wei)兩種：

一是將(jiang)轉(zhuan)子繞組(zu)通上(shang)外接直(zhi)流電(dian)(dian)（勵(li)(li)磁(ci)電(dian)(dian)流），然后(hou)由勵(li)(li)磁(ci)電(dian)(dian)流產生轉(zhuan)子磁(ci)場，進而使轉(zhuan)子與定子磁(ci)場同步旋轉(zhuan)。這種由勵(li)(li)磁(ci)電(dian)(dian)流產生轉(zhuan)子磁(ci)場的同步電(dian)(dian)動機稱為勵(li)(li)磁(ci)同步電(dian)(dian)動機。

二(er)是干(gan)脆在轉子(zi)上嵌上永久(jiu)磁(ci)(ci)體(ti)，直接產(chan)生(sheng)磁(ci)(ci)場，省去了勵磁(ci)(ci)電(dian)流或(huo)感應電(dian)流的(de)環節。這種由永久(jiu)磁(ci)(ci)體(ti)產(chan)生(sheng)轉子(zi)磁(ci)(ci)場的(de)同步電(dian)動機，就稱為永磁(ci)(ci)同步電(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用最多的電(dian)(dian)動機(ji)。但永(yong)磁(ci)材料在受(shou)到(dao)振動、高溫和(he)過載電(dian)(dian)流作用時，其(qi)導磁(ci)性能(neng)可能(neng)會下(xia)降，或發生退磁(ci)現象(xiang)，有可能(neng)降低永(yong)磁(ci)電(dian)(dian)動機(ji)的性能(neng)。另外，稀土式永(yong)磁(ci)同步電(dian)(dian)動機(ji)要用到(dao)稀土材料，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，電機轉子的(de)轉速總是小于旋(xuan)轉磁(ci)場（由定(ding)子繞組電流產生(sheng)）的(de)轉速。因此，轉子看起來與定(ding)子繞組的(de)電流頻率總是“不一致”，這也是其為什么叫(jiao)異步電機的(de)原因。

相比于永(yong)磁(ci)同步(bu)(bu)電(dian)機(ji)，異步(bu)(bu)電(dian)機(ji)的(de)(de)優點(dian)是成本低，工藝(yi)簡單；當然其缺點(dian)就(jiu)是其功率密度與轉矩密度要低于永(yong)磁(ci)同步(bu)(bu)電(dian)機(ji)。而(er)特斯(si)拉ModelS為何選用(yong)異步(bu)(bu)電(dian)機(ji)而(er)不是永(yong)磁(ci)同步(bu)(bu)電(dian)機(ji)，除了控制(zhi)成本這個(ge)主要原因(yin)之外(wai)，較大的(de)(de)ModelS車體(ti)能夠有(you)足夠空間放的(de)(de)下相對大一(yi)點(dian)的(de)(de)異步(bu)(bu)電(dian)機(ji)，也是一(yi)個(ge)很(hen)重(zhong)要的(de)(de)因(yin)素。

永磁同步電機結構

永磁同(tong)步(bu)(bu)電(dian)(dian)(dian)機(ji)(ji)主要(yao)是(shi)(shi)由轉(zhuan)(zhuan)子(zi)(zi)、端蓋、及定(ding)子(zi)(zi)等各部(bu)件組成的(de)(de)(de)(de)。一般(ban)來說，永磁 同(tong)步(bu)(bu)電(dian)(dian)(dian)機(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)最大(da)的(de)(de)(de)(de)特點是(shi)(shi)它(ta)(ta)的(de)(de)(de)(de)定(ding)子(zi)(zi)結(jie)構(gou)(gou)與普通的(de)(de)(de)(de)感(gan)應(ying)電(dian)(dian)(dian)機(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)結(jie)構(gou)(gou)非常非常的(de)(de)(de)(de)相似，主要(yao)是(shi)(shi)區別(bie)于轉(zhuan)(zhuan)子(zi)(zi)的(de)(de)(de)(de)獨(du)特的(de)(de)(de)(de)結(jie)構(gou)(gou)與其它(ta)(ta)電(dian)(dian)(dian)機(ji)(ji)形成了(le)差別(bie)。和常用的(de)(de)(de)(de)異步(bu)(bu)電(dian)(dian)(dian)機(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)最大(da)不同(tong)則是(shi)(shi)轉(zhuan)(zhuan)子(zi)(zi)的(de)(de)(de)(de)獨(du)特的(de)(de)(de)(de)結(jie)構(gou)(gou)，在(zai)轉(zhuan)(zhuan)子(zi)(zi)上放有高質量的(de)(de)(de)(de)永磁體磁極。由于在(zai)轉(zhuan)(zhuan)子(zi)(zi)上安放永磁體的(de)(de)(de)(de)位(wei)置(zhi)有很(hen)(hen)多選擇，所以永磁同(tong)步(bu)(bu)電(dian)(dian)(dian)機(ji)(ji)通常會被分為(wei)三大(da)類(lei)：內嵌式(shi)(shi)(shi)、面貼(tie)式(shi)(shi)(shi)以及插入式(shi)(shi)(shi)，如圖1.1所示。永磁同(tong)步(bu)(bu)電(dian)(dian)(dian)機(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)運(yun)行性能是(shi)(shi)最受關注的(de)(de)(de)(de)，影響其性能的(de)(de)(de)(de)因(yin)素有很(hen)(hen)多，但(dan)是(shi)(shi)最主要(yao)的(de)(de)(de)(de)則是(shi)(shi)永磁同(tong)步(bu)(bu)電(dian)(dian)(dian)機(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)結(jie)構(gou)(gou)。就面貼(tie)式(shi)(shi)(shi)、插入式(shi)(shi)(shi)和嵌入式(shi)(shi)(shi)而言(yan)，各種結(jie)構(gou)(gou)都(dou)各有其各自的(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(mian)(mian)貼(tie)(tie)式(shi)(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)永(yong)(yong)磁(ci)(ci)同步電機(ji)(ji)(ji)(ji)在(zai)(zai)工業上是(shi)應(ying)(ying)用(yong)最(zui)廣(guang)泛的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)，其(qi)最(zui)主要(yao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)原因(yin)(yin)(yin)是(shi)其(qi)擁有(you)(you)很(hen)(hen)多其(qi)他形式(shi)(shi)(shi)電機(ji)(ji)(ji)(ji)無(wu)法比(bi)(bi)擬的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)優點(dian)，例如(ru)(ru)其(qi)制造方(fang)便，轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)動(dong)慣(guan)性比(bi)(bi)較(jiao)小以(yi)(yi)及(ji)結構很(hen)(hen)簡單(dan)等。并且這(zhe)種類(lei)型的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)永(yong)(yong)磁(ci)(ci)同步電機(ji)(ji)(ji)(ji)更加(jia)容易被(bei)設(she)(she)計師來進行(xing)(xing)對其(qi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)優化設(she)(she)計，其(qi)中(zhong)(zhong)最(zui)主要(yao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)方(fang)法是(shi)設(she)(she)計成(cheng)近(jin)似正(zheng)弦(xian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)分(fen)(fen)布(bu)(bu)把氣(qi)隙(xi)磁(ci)(ci)鏈的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)分(fen)(fen)布(bu)(bu)結構，將其(qi)分(fen)(fen)布(bu)(bu)結構改成(cheng)正(zheng)弦(xian)分(fen)(fen)布(bu)(bu)后(hou)能(neng)(neng)(neng)夠(gou)帶(dai)來很(hen)(hen)多的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)優勢，例如(ru)(ru)它所帶(dai)來的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)負面(mian)(mian)效應(ying)(ying)，能(neng)(neng)(neng)減小磁(ci)(ci)場(chang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)諧(xie)波以(yi)(yi)及(ji)應(ying)(ying)用(yong)以(yi)(yi)上的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)方(fang)法能(neng)(neng)(neng)夠(gou)很(hen)(hen)好的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)改善電機(ji)(ji)(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)運(yun)(yun)行(xing)(xing)性能(neng)(neng)(neng)。插(cha)入(ru)式(shi)(shi)(shi)結構的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)電機(ji)(ji)(ji)(ji)之(zhi)所以(yi)(yi)能(neng)(neng)(neng)夠(gou)跟面(mian)(mian)貼(tie)(tie)式(shi)(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)電機(ji)(ji)(ji)(ji)相比(bi)(bi)較(jiao)有(you)(you)很(hen)(hen)大(da)(da)(da)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)改善是(shi)因(yin)(yin)(yin)為(wei)(wei)它充分(fen)(fen)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)利用(yong)了它設(she)(she)計出的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)磁(ci)(ci)鏈的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)結構有(you)(you)著(zhu)不(bu)對稱性所生成(cheng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)獨特的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)磁(ci)(ci)阻轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)矩(ju)能(neng)(neng)(neng)大(da)(da)(da)大(da)(da)(da)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)提(ti)高了電機(ji)(ji)(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)功率(lv)密(mi)度(du)，并且在(zai)(zai)也能(neng)(neng)(neng)很(hen)(hen)方(fang)便的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)制造出來，所以(yi)(yi)永(yong)(yong)磁(ci)(ci)同步電機(ji)(ji)(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)這(zhe)種結構被(bei)比(bi)(bi)較(jiao)多的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)應(ying)(ying)用(yong)于在(zai)(zai)傳動(dong)系統中(zhong)(zhong)，但(dan)是(shi)其(qi)缺點(dian)也是(shi)很(hen)(hen)突出的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)，例如(ru)(ru)制作(zuo)成(cheng)本(ben)和漏磁(ci)(ci)系數與面(mian)(mian)貼(tie)(tie)式(shi)(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)相比(bi)(bi)較(jiao)都(dou)要(yao)大(da)(da)(da)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)多。嵌入(ru)式(shi)(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)永(yong)(yong)磁(ci)(ci)同步電機(ji)(ji)(ji)(ji)中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)永(yong)(yong)磁(ci)(ci)體(ti)是(shi)被(bei)安置在(zai)(zai)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)子(zi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)內(nei)部(bu)，相比(bi)(bi)較(jiao)而(er)言其(qi)結構雖然比(bi)(bi)較(jiao)復雜，但(dan)卻有(you)(you)幾(ji)個很(hen)(hen)明(ming)顯(xian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)優點(dian)是(shi)毋庸置疑的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)，因(yin)(yin)(yin)為(wei)(wei)有(you)(you)以(yi)(yi)高氣(qi)隙(xi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)磁(ci)(ci)通密(mi)度(du)，所很(hen)(hen)明(ming)顯(xian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)它跟面(mian)(mian)貼(tie)(tie)式(shi)(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)電機(ji)(ji)(ji)(ji)相比(bi)(bi)較(jiao)就(jiu)(jiu)會產(chan)生很(hen)(hen)大(da)(da)(da)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)矩(ju)；因(yin)(yin)(yin)為(wei)(wei)在(zai)(zai)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)子(zi)永(yong)(yong)磁(ci)(ci)體(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)安裝方(fang)式(shi)(shi)(shi)是(shi)選擇嵌入(ru)式(shi)(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)，所以(yi)(yi)永(yong)(yong)磁(ci)(ci)體(ti)在(zai)(zai)被(bei)去磁(ci)(ci)后(hou)所帶(dai)來的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)一系列的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)危(wei)險(xian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)可能(neng)(neng)(neng)性就(jiu)(jiu)會很(hen)(hen)小，因(yin)(yin)(yin)此電機(ji)(ji)(ji)(ji)能(neng)(neng)(neng)夠(gou)在(zai)(zai)更高的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)旋轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)速度(du)下運(yun)(yun)行(xing)(xing)但(dan)是(shi)并不(bu)需要(yao)考慮轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)子(zi)中(zhong)(zhong)永(yong)(yong)磁(ci)(ci)體(ti)是(shi)否會因(yin)(yin)(yin)為(wei)(wei)離心力過大(da)(da)(da)而(er)被(bei)破(po)壞(huai)。

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。