【永(yong)磁(ci)同(tong)步電(dian)機(ji)】永(yong)磁(ci)同(tong)步電(dian)機(ji)原理 永(yong)磁(ci)同(tong)步電(dian)機(ji)結構

永磁同步電機原理

在交流(liu)異步(bu)(bu)電動機中，轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)子(zi)(zi)磁(ci)場(chang)的(de)(de)(de)形成要分兩步(bu)(bu)走(zou)：第一步(bu)(bu)是(shi)定(ding)(ding)(ding)(ding)子(zi)(zi)旋(xuan)(xuan)(xuan)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)磁(ci)場(chang)先在轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)子(zi)(zi)繞組中感應(ying)出(chu)電流(liu)；第二(er)步(bu)(bu)是(shi)感應(ying)電流(liu)再產生(sheng)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)子(zi)(zi)磁(ci)場(chang)。在楞次定(ding)(ding)(ding)(ding)律的(de)(de)(de)作(zuo)用(yong)下(xia)，轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)子(zi)(zi)跟隨定(ding)(ding)(ding)(ding)子(zi)(zi)旋(xuan)(xuan)(xuan)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)磁(ci)場(chang)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)動，但(dan)又“永遠(yuan)追不(bu)上(shang)”，因此才稱其為異步(bu)(bu)電動機。如(ru)果轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)子(zi)(zi)繞組中的(de)(de)(de)電流(liu)不(bu)是(shi)由定(ding)(ding)(ding)(ding)子(zi)(zi)旋(xuan)(xuan)(xuan)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)磁(ci)場(chang)感應(ying)的(de)(de)(de)，而(er)是(shi)自己產生(sheng)的(de)(de)(de)，則轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)子(zi)(zi)磁(ci)場(chang)與(yu)定(ding)(ding)(ding)(ding)子(zi)(zi)旋(xuan)(xuan)(xuan)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)磁(ci)場(chang)無關，而(er)且(qie)其磁(ci)極(ji)方(fang)向是(shi)固定(ding)(ding)(ding)(ding)的(de)(de)(de)，那么根(gen)據同性相斥、異性相吸的(de)(de)(de)原理(li)，定(ding)(ding)(ding)(ding)子(zi)(zi)的(de)(de)(de)旋(xuan)(xuan)(xuan)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)磁(ci)場(chang)就(jiu)會拉動轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)子(zi)(zi)旋(xuan)(xuan)(xuan)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)，并且(qie)使轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)子(zi)(zi)磁(ci)場(chang)及轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)子(zi)(zi)與(yu)定(ding)(ding)(ding)(ding)子(zi)(zi)旋(xuan)(xuan)(xuan)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)磁(ci)場(chang)“同步(bu)(bu)”旋(xuan)(xuan)(xuan)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)。這就(jiu)是(shi)同步(bu)(bu)電動機的(de)(de)(de)工(gong)作(zuo)原理(li)。

根據轉子自(zi)生磁場產生方式的不同，又可以將同步電(dian)動機分為兩種：

一(yi)是將(jiang)轉子(zi)繞組(zu)通上外(wai)接(jie)直流(liu)(liu)(liu)電(dian)（勵磁(ci)(ci)電(dian)流(liu)(liu)(liu)），然后由(you)勵磁(ci)(ci)電(dian)流(liu)(liu)(liu)產(chan)生轉子(zi)磁(ci)(ci)場(chang)，進而(er)使轉子(zi)與定子(zi)磁(ci)(ci)場(chang)同步旋轉。這種(zhong)由(you)勵磁(ci)(ci)電(dian)流(liu)(liu)(liu)產(chan)生轉子(zi)磁(ci)(ci)場(chang)的同步電(dian)動機稱為勵磁(ci)(ci)同步電(dian)動機。

二(er)是(shi)干脆在轉(zhuan)子(zi)上嵌上永(yong)久磁(ci)體(ti)，直接產生磁(ci)場，省去了(le)勵(li)磁(ci)電流或感應電流的(de)環(huan)節。這種由永(yong)久磁(ci)體(ti)產生轉(zhuan)子(zi)磁(ci)場的(de)同步電動機(ji)，就稱為(wei)永(yong)磁(ci)同步電動機(ji)。

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動(dong)(dong)(dong)(dong)機(ji)(ji)。但永磁材料在受到振動(dong)(dong)(dong)(dong)、高(gao)溫和過載電流(liu)作用時，其導磁性能(neng)(neng)可(ke)能(neng)(neng)會下降，或發(fa)生退磁現象，有可(ke)能(neng)(neng)降低(di)永磁電動(dong)(dong)(dong)(dong)機(ji)(ji)的性能(neng)(neng)。另外，稀(xi)土式(shi)永磁同(tong)步電動(dong)(dong)(dong)(dong)機(ji)(ji)要用到稀(xi)土材料，制造成本(ben)不太(tai)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(zi)的(de)(de)(de)轉速(su)總是小(xiao)于旋轉磁場(chang)（由定子(zi)繞組電流(liu)產(chan)生(sheng)）的(de)(de)(de)轉速(su)。因此(ci)，轉子(zi)看起來與定子(zi)繞組的(de)(de)(de)電流(liu)頻率總是“不一(yi)致(zhi)”，這也是其為什(shen)么叫異步電機的(de)(de)(de)原因。

相比于(yu)(yu)永(yong)磁同(tong)步(bu)電(dian)機(ji)(ji)，異步(bu)電(dian)機(ji)(ji)的(de)優點(dian)(dian)是成(cheng)本(ben)低，工藝簡單；當然其(qi)缺點(dian)(dian)就是其(qi)功率密度與轉矩密度要(yao)低于(yu)(yu)永(yong)磁同(tong)步(bu)電(dian)機(ji)(ji)。而(er)特斯拉ModelS為何選用(yong)異步(bu)電(dian)機(ji)(ji)而(er)不是永(yong)磁同(tong)步(bu)電(dian)機(ji)(ji)，除了控制(zhi)成(cheng)本(ben)這個主要(yao)原因之外，較大(da)的(de)ModelS車體能夠有足夠空間放的(de)下相對大(da)一(yi)點(dian)(dian)的(de)異步(bu)電(dian)機(ji)(ji)，也是一(yi)個很重要(yao)的(de)因素。

永磁同步電機結構

永(yong)(yong)磁(ci)(ci)同(tong)(tong)步(bu)電(dian)(dian)機(ji)(ji)(ji)(ji)主(zhu)要是(shi)由(you)轉(zhuan)子、端蓋、及(ji)定(ding)子等(deng)各(ge)部(bu)件組成的(de)(de)(de)(de)。一般來說，永(yong)(yong)磁(ci)(ci) 同(tong)(tong)步(bu)電(dian)(dian)機(ji)(ji)(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)最(zui)(zui)大(da)的(de)(de)(de)(de)特點是(shi)它的(de)(de)(de)(de)定(ding)子結(jie)構(gou)(gou)與(yu)普(pu)通的(de)(de)(de)(de)感應電(dian)(dian)機(ji)(ji)(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)結(jie)構(gou)(gou)非常非常的(de)(de)(de)(de)相(xiang)似，主(zhu)要是(shi)區別于轉(zhuan)子的(de)(de)(de)(de)獨特的(de)(de)(de)(de)結(jie)構(gou)(gou)與(yu)其(qi)它電(dian)(dian)機(ji)(ji)(ji)(ji)形成了(le)差別。和常用的(de)(de)(de)(de)異步(bu)電(dian)(dian)機(ji)(ji)(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)最(zui)(zui)大(da)不同(tong)(tong)則是(shi)轉(zhuan)子的(de)(de)(de)(de)獨特的(de)(de)(de)(de)結(jie)構(gou)(gou)，在(zai)轉(zhuan)子上(shang)放(fang)有(you)高質(zhi)量的(de)(de)(de)(de)永(yong)(yong)磁(ci)(ci)體磁(ci)(ci)極。由(you)于在(zai)轉(zhuan)子上(shang)安放(fang)永(yong)(yong)磁(ci)(ci)體的(de)(de)(de)(de)位置有(you)很多選擇，所以(yi)永(yong)(yong)磁(ci)(ci)同(tong)(tong)步(bu)電(dian)(dian)機(ji)(ji)(ji)(ji)通常會被分為三大(da)類：內嵌式(shi)、面貼(tie)式(shi)以(yi)及(ji)插(cha)入(ru)式(shi)，如圖1.1所示(shi)。永(yong)(yong)磁(ci)(ci)同(tong)(tong)步(bu)電(dian)(dian)機(ji)(ji)(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)運(yun)行(xing)性(xing)能是(shi)最(zui)(zui)受關注(zhu)的(de)(de)(de)(de)，影響(xiang)其(qi)性(xing)能的(de)(de)(de)(de)因素有(you)很多，但是(shi)最(zui)(zui)主(zhu)要的(de)(de)(de)(de)則是(shi)永(yong)(yong)磁(ci)(ci)同(tong)(tong)步(bu)電(dian)(dian)機(ji)(ji)(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)結(jie)構(gou)(gou)。就面貼(tie)式(shi)、插(cha)入(ru)式(shi)和嵌入(ru)式(shi)而言，各(ge)種結(jie)構(gou)(gou)都各(ge)有(you)其(qi)各(ge)自(zi)的(de)(de)(de)(de)優點。

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面(mian)貼(tie)式的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)永(yong)磁(ci)(ci)(ci)同(tong)步(bu)電(dian)機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)在工業上(shang)是(shi)(shi)(shi)應用最廣泛的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)，其(qi)(qi)(qi)最主(zhu)要的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)原(yuan)因(yin)是(shi)(shi)(shi)其(qi)(qi)(qi)擁有很(hen)(hen)(hen)(hen)(hen)多(duo)其(qi)(qi)(qi)他形(xing)式電(dian)機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)無法(fa)(fa)比(bi)(bi)擬的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)優(you)點，例如(ru)其(qi)(qi)(qi)制造方(fang)便，轉(zhuan)(zhuan)動慣(guan)性比(bi)(bi)較(jiao)小以(yi)(yi)及結(jie)(jie)構(gou)(gou)很(hen)(hen)(hen)(hen)(hen)簡單(dan)等。并(bing)且這種類型的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)永(yong)磁(ci)(ci)(ci)同(tong)步(bu)電(dian)機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)更(geng)加容(rong)易(yi)被(bei)設(she)計(ji)(ji)師來(lai)進行對其(qi)(qi)(qi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)優(you)化(hua)設(she)計(ji)(ji)，其(qi)(qi)(qi)中(zhong)最主(zhu)要的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)方(fang)法(fa)(fa)是(shi)(shi)(shi)設(she)計(ji)(ji)成近(jin)似(si)正弦的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)分(fen)布(bu)(bu)把氣隙磁(ci)(ci)(ci)鏈(lian)(lian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)分(fen)布(bu)(bu)結(jie)(jie)構(gou)(gou)，將其(qi)(qi)(qi)分(fen)布(bu)(bu)結(jie)(jie)構(gou)(gou)改成正弦分(fen)布(bu)(bu)后(hou)能(neng)(neng)(neng)夠(gou)帶(dai)(dai)來(lai)很(hen)(hen)(hen)(hen)(hen)多(duo)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)優(you)勢(shi)，例如(ru)它所(suo)(suo)帶(dai)(dai)來(lai)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)負面(mian)效應，能(neng)(neng)(neng)減小磁(ci)(ci)(ci)場的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)諧(xie)波以(yi)(yi)及應用以(yi)(yi)上(shang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)方(fang)法(fa)(fa)能(neng)(neng)(neng)夠(gou)很(hen)(hen)(hen)(hen)(hen)好的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)改善電(dian)機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)運行性能(neng)(neng)(neng)。插入(ru)(ru)式結(jie)(jie)構(gou)(gou)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)之所(suo)(suo)以(yi)(yi)能(neng)(neng)(neng)夠(gou)跟(gen)面(mian)貼(tie)式的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)相比(bi)(bi)較(jiao)有很(hen)(hen)(hen)(hen)(hen)大(da)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)改善是(shi)(shi)(shi)因(yin)為(wei)(wei)它充分(fen)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)利(li)用了它設(she)計(ji)(ji)出(chu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)磁(ci)(ci)(ci)鏈(lian)(lian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)結(jie)(jie)構(gou)(gou)有著不對稱性所(suo)(suo)生成的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)獨特的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)磁(ci)(ci)(ci)阻(zu)轉(zhuan)(zhuan)矩能(neng)(neng)(neng)大(da)大(da)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)提高(gao)了電(dian)機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)功率密(mi)度(du)(du)，并(bing)且在也能(neng)(neng)(neng)很(hen)(hen)(hen)(hen)(hen)方(fang)便的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)制造出(chu)來(lai)，所(suo)(suo)以(yi)(yi)永(yong)磁(ci)(ci)(ci)同(tong)步(bu)電(dian)機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)這種結(jie)(jie)構(gou)(gou)被(bei)比(bi)(bi)較(jiao)多(duo)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)應用于(yu)在傳動系統中(zhong)，但是(shi)(shi)(shi)其(qi)(qi)(qi)缺點也是(shi)(shi)(shi)很(hen)(hen)(hen)(hen)(hen)突出(chu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)，例如(ru)制作成本和漏(lou)磁(ci)(ci)(ci)系數與面(mian)貼(tie)式的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)相比(bi)(bi)較(jiao)都要大(da)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)多(duo)。嵌入(ru)(ru)式的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)永(yong)磁(ci)(ci)(ci)同(tong)步(bu)電(dian)機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)永(yong)磁(ci)(ci)(ci)體(ti)是(shi)(shi)(shi)被(bei)安置(zhi)(zhi)在轉(zhuan)(zhuan)子的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)內部，相比(bi)(bi)較(jiao)而言(yan)其(qi)(qi)(qi)結(jie)(jie)構(gou)(gou)雖然比(bi)(bi)較(jiao)復(fu)雜，但卻有幾個很(hen)(hen)(hen)(hen)(hen)明顯的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)優(you)點是(shi)(shi)(shi)毋庸置(zhi)(zhi)疑的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)，因(yin)為(wei)(wei)有以(yi)(yi)高(gao)氣隙的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)磁(ci)(ci)(ci)通密(mi)度(du)(du)，所(suo)(suo)很(hen)(hen)(hen)(hen)(hen)明顯的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)它跟(gen)面(mian)貼(tie)式的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)相比(bi)(bi)較(jiao)就會(hui)產生很(hen)(hen)(hen)(hen)(hen)大(da)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)轉(zhuan)(zhuan)矩；因(yin)為(wei)(wei)在轉(zhuan)(zhuan)子永(yong)磁(ci)(ci)(ci)體(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)安裝方(fang)式是(shi)(shi)(shi)選(xuan)擇嵌入(ru)(ru)式的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)，所(suo)(suo)以(yi)(yi)永(yong)磁(ci)(ci)(ci)體(ti)在被(bei)去磁(ci)(ci)(ci)后(hou)所(suo)(suo)帶(dai)(dai)來(lai)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)一(yi)系列的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)危險的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)可能(neng)(neng)(neng)性就會(hui)很(hen)(hen)(hen)(hen)(hen)小，因(yin)此電(dian)機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)能(neng)(neng)(neng)夠(gou)在更(geng)高(gao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)旋轉(zhuan)(zhuan)速(su)度(du)(du)下(xia)運行但是(shi)(shi)(shi)并(bing)不需要考(kao)慮轉(zhuan)(zhuan)子中(zhong)永(yong)磁(ci)(ci)(ci)體(ti)是(shi)(shi)(shi)否會(hui)因(yin)為(wei)(wei)離心力(li)過大(da)而被(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。