【永(yong)磁同(tong)(tong)步(bu)電機】永(yong)磁同(tong)(tong)步(bu)電機原理(li) 永(yong)磁同(tong)(tong)步(bu)電機結構

永磁同步電機原理

在(zai)交(jiao)流異(yi)步(bu)(bu)電(dian)動機(ji)中(zhong)，轉(zhuan)子(zi)(zi)(zi)(zi)磁(ci)(ci)(ci)場(chang)的(de)形成要(yao)分兩步(bu)(bu)走(zou)：第一步(bu)(bu)是定(ding)子(zi)(zi)(zi)(zi)旋(xuan)(xuan)(xuan)轉(zhuan)磁(ci)(ci)(ci)場(chang)先在(zai)轉(zhuan)子(zi)(zi)(zi)(zi)繞(rao)組中(zhong)感應出(chu)電(dian)流；第二步(bu)(bu)是感應電(dian)流再產生(sheng)轉(zhuan)子(zi)(zi)(zi)(zi)磁(ci)(ci)(ci)場(chang)。在(zai)楞(leng)次定(ding)律的(de)作用(yong)下，轉(zhuan)子(zi)(zi)(zi)(zi)跟(gen)隨定(ding)子(zi)(zi)(zi)(zi)旋(xuan)(xuan)(xuan)轉(zhuan)磁(ci)(ci)(ci)場(chang)轉(zhuan)動，但又(you)“永遠追不(bu)上”，因此才稱其(qi)(qi)為異(yi)步(bu)(bu)電(dian)動機(ji)。如(ru)果(guo)轉(zhuan)子(zi)(zi)(zi)(zi)繞(rao)組中(zhong)的(de)電(dian)流不(bu)是由(you)定(ding)子(zi)(zi)(zi)(zi)旋(xuan)(xuan)(xuan)轉(zhuan)磁(ci)(ci)(ci)場(chang)感應的(de)，而(er)(er)是自己產生(sheng)的(de)，則(ze)轉(zhuan)子(zi)(zi)(zi)(zi)磁(ci)(ci)(ci)場(chang)與定(ding)子(zi)(zi)(zi)(zi)旋(xuan)(xuan)(xuan)轉(zhuan)磁(ci)(ci)(ci)場(chang)無(wu)關，而(er)(er)且其(qi)(qi)磁(ci)(ci)(ci)極方向(xiang)是固定(ding)的(de)，那么根據同(tong)(tong)性相斥、異(yi)性相吸(xi)的(de)原理，定(ding)子(zi)(zi)(zi)(zi)的(de)旋(xuan)(xuan)(xuan)轉(zhuan)磁(ci)(ci)(ci)場(chang)就(jiu)會拉動轉(zhuan)子(zi)(zi)(zi)(zi)旋(xuan)(xuan)(xuan)轉(zhuan)，并且使轉(zhuan)子(zi)(zi)(zi)(zi)磁(ci)(ci)(ci)場(chang)及(ji)轉(zhuan)子(zi)(zi)(zi)(zi)與定(ding)子(zi)(zi)(zi)(zi)旋(xuan)(xuan)(xuan)轉(zhuan)磁(ci)(ci)(ci)場(chang)“同(tong)(tong)步(bu)(bu)”旋(xuan)(xuan)(xuan)轉(zhuan)。這就(jiu)是同(tong)(tong)步(bu)(bu)電(dian)動機(ji)的(de)工作原理。

根據轉(zhuan)子自生(sheng)(sheng)磁場產(chan)生(sheng)(sheng)方(fang)式(shi)的不同(tong)，又可(ke)以將同(tong)步電(dian)動機(ji)分為兩種：

一是將(jiang)轉(zhuan)(zhuan)子(zi)繞組通(tong)上外(wai)接直流電(dian)（勵(li)(li)磁(ci)(ci)電(dian)流），然后由勵(li)(li)磁(ci)(ci)電(dian)流產生轉(zhuan)(zhuan)子(zi)磁(ci)(ci)場，進而使轉(zhuan)(zhuan)子(zi)與定子(zi)磁(ci)(ci)場同(tong)步(bu)旋(xuan)轉(zhuan)(zhuan)。這種由勵(li)(li)磁(ci)(ci)電(dian)流產生轉(zhuan)(zhuan)子(zi)磁(ci)(ci)場的同(tong)步(bu)電(dian)動機(ji)稱為勵(li)(li)磁(ci)(ci)同(tong)步(bu)電(dian)動機(ji)。

二(er)是干脆在轉(zhuan)(zhuan)子上(shang)嵌上(shang)永(yong)久(jiu)磁(ci)(ci)體，直接產(chan)生磁(ci)(ci)場(chang)，省(sheng)去了勵磁(ci)(ci)電(dian)流(liu)或感應電(dian)流(liu)的(de)環節。這種由永(yong)久(jiu)磁(ci)(ci)體產(chan)生轉(zhuan)(zhuan)子磁(ci)(ci)場(chang)的(de)同步(bu)電(dian)動機(ji)，就稱為永(yong)磁(ci)(ci)同步(bu)電(dian)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(yong)最多的電(dian)(dian)動(dong)機(ji)。但永磁材料(liao)在受到(dao)振(zhen)動(dong)、高溫和過載電(dian)(dian)流作用(yong)時，其導磁性能(neng)(neng)可能(neng)(neng)會(hui)下降，或發生退磁現(xian)象，有可能(neng)(neng)降低永磁電(dian)(dian)動(dong)機(ji)的性能(neng)(neng)。另外(wai)，稀(xi)(xi)土(tu)式永磁同步電(dian)(dian)動(dong)機(ji)要用(yong)到(dao)稀(xi)(xi)土(tu)材料(liao)，制造成(cheng)本不太穩定(ding)。

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(qi)來(lai)，電機轉(zhuan)子(zi)的轉(zhuan)速總(zong)是小于旋(xuan)轉(zhuan)磁場（由定子(zi)繞(rao)(rao)組電流產生）的轉(zhuan)速。因此，轉(zhuan)子(zi)看起(qi)來(lai)與定子(zi)繞(rao)(rao)組的電流頻率(lv)總(zong)是“不(bu)一致”，這也是其為什(shen)么叫異步電機的原因。

相比于永磁(ci)同(tong)(tong)步電(dian)(dian)(dian)機(ji)(ji)，異步電(dian)(dian)(dian)機(ji)(ji)的(de)優點(dian)是(shi)(shi)成本低(di)，工藝簡單；當然其(qi)缺點(dian)就(jiu)是(shi)(shi)其(qi)功率密(mi)度(du)與(yu)轉矩密(mi)度(du)要低(di)于永磁(ci)同(tong)(tong)步電(dian)(dian)(dian)機(ji)(ji)。而(er)特(te)斯拉(la)ModelS為何選用(yong)異步電(dian)(dian)(dian)機(ji)(ji)而(er)不是(shi)(shi)永磁(ci)同(tong)(tong)步電(dian)(dian)(dian)機(ji)(ji)，除(chu)了控制成本這個(ge)主要原(yuan)因之外(wai)，較大的(de)ModelS車體能夠有足夠空間(jian)放的(de)下(xia)相對大一(yi)點(dian)的(de)異步電(dian)(dian)(dian)機(ji)(ji)，也是(shi)(shi)一(yi)個(ge)很重要的(de)因素。

永磁同步電機結構

永(yong)(yong)磁(ci)同(tong)步(bu)電機(ji)主要是(shi)由轉(zhuan)(zhuan)子、端蓋、及定子等各部(bu)件組成的(de)(de)(de)。一(yi)般來說，永(yong)(yong)磁(ci) 同(tong)步(bu)電機(ji)的(de)(de)(de)最大(da)(da)的(de)(de)(de)特(te)點是(shi)它的(de)(de)(de)定子結(jie)構與普通的(de)(de)(de)感應電機(ji)的(de)(de)(de)結(jie)構非常非常的(de)(de)(de)相似，主要是(shi)區別(bie)于轉(zhuan)(zhuan)子的(de)(de)(de)獨特(te)的(de)(de)(de)結(jie)構與其它電機(ji)形成了差別(bie)。和常用的(de)(de)(de)異步(bu)電機(ji)的(de)(de)(de)最大(da)(da)不同(tong)則(ze)是(shi)轉(zhuan)(zhuan)子的(de)(de)(de)獨特(te)的(de)(de)(de)結(jie)構，在轉(zhuan)(zhuan)子上(shang)放有(you)高質量(liang)的(de)(de)(de)永(yong)(yong)磁(ci)體磁(ci)極。由于在轉(zhuan)(zhuan)子上(shang)安放永(yong)(yong)磁(ci)體的(de)(de)(de)位置有(you)很(hen)多(duo)選擇，所以(yi)永(yong)(yong)磁(ci)同(tong)步(bu)電機(ji)通常會被分為三大(da)(da)類：內嵌式、面貼式以(yi)及插入(ru)式，如圖1.1所示。永(yong)(yong)磁(ci)同(tong)步(bu)電機(ji)的(de)(de)(de)運行性能(neng)是(shi)最受關注的(de)(de)(de)，影響(xiang)其性能(neng)的(de)(de)(de)因素有(you)很(hen)多(duo)，但是(shi)最主要的(de)(de)(de)則(ze)是(shi)永(yong)(yong)磁(ci)同(tong)步(bu)電機(ji)的(de)(de)(de)結(jie)構。就面貼式、插入(ru)式和嵌入(ru)式而言，各種結(jie)構都各有(you)其各自的(de)(de)(de)優點。

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面(mian)貼(tie)式(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)永(yong)磁(ci)(ci)(ci)(ci)同步(bu)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)機(ji)(ji)(ji)在(zai)(zai)工業上(shang)是(shi)(shi)應用(yong)最廣泛的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)，其(qi)(qi)最主要的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)原因(yin)(yin)是(shi)(shi)其(qi)(qi)擁有(you)很(hen)(hen)多其(qi)(qi)他(ta)形式(shi)(shi)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)機(ji)(ji)(ji)無法(fa)比(bi)(bi)擬(ni)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)優點(dian)，例如(ru)其(qi)(qi)制(zhi)造(zao)方(fang)便(bian)，轉(zhuan)動慣性(xing)比(bi)(bi)較(jiao)小(xiao)(xiao)以(yi)及(ji)結(jie)構(gou)(gou)很(hen)(hen)簡(jian)單等。并(bing)且這種類型的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)永(yong)磁(ci)(ci)(ci)(ci)同步(bu)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)機(ji)(ji)(ji)更加(jia)容易(yi)被設(she)(she)計師(shi)來(lai)(lai)(lai)進行對其(qi)(qi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)優化設(she)(she)計，其(qi)(qi)中(zhong)最主要的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)方(fang)法(fa)是(shi)(shi)設(she)(she)計成(cheng)(cheng)近似正(zheng)(zheng)弦的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)分(fen)布(bu)把氣隙磁(ci)(ci)(ci)(ci)鏈(lian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)分(fen)布(bu)結(jie)構(gou)(gou)，將其(qi)(qi)分(fen)布(bu)結(jie)構(gou)(gou)改(gai)成(cheng)(cheng)正(zheng)(zheng)弦分(fen)布(bu)后能(neng)(neng)(neng)夠(gou)(gou)帶來(lai)(lai)(lai)很(hen)(hen)多的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)優勢，例如(ru)它所帶來(lai)(lai)(lai)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)負(fu)面(mian)效應，能(neng)(neng)(neng)減小(xiao)(xiao)磁(ci)(ci)(ci)(ci)場(chang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)諧(xie)波(bo)以(yi)及(ji)應用(yong)以(yi)上(shang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)方(fang)法(fa)能(neng)(neng)(neng)夠(gou)(gou)很(hen)(hen)好的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)改(gai)善電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)機(ji)(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)運行性(xing)能(neng)(neng)(neng)。插入(ru)式(shi)(shi)結(jie)構(gou)(gou)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)機(ji)(ji)(ji)之所以(yi)能(neng)(neng)(neng)夠(gou)(gou)跟(gen)面(mian)貼(tie)式(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)機(ji)(ji)(ji)相(xiang)(xiang)比(bi)(bi)較(jiao)有(you)很(hen)(hen)大的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)改(gai)善是(shi)(shi)因(yin)(yin)為(wei)(wei)它充分(fen)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)利用(yong)了它設(she)(she)計出(chu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)磁(ci)(ci)(ci)(ci)鏈(lian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)結(jie)構(gou)(gou)有(you)著(zhu)不(bu)對稱性(xing)所生(sheng)成(cheng)(cheng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)獨特(te)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)磁(ci)(ci)(ci)(ci)阻(zu)轉(zhuan)矩(ju)(ju)能(neng)(neng)(neng)大大的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)提高了電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)機(ji)(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)功率密度，并(bing)且在(zai)(zai)也(ye)能(neng)(neng)(neng)很(hen)(hen)方(fang)便(bian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)制(zhi)造(zao)出(chu)來(lai)(lai)(lai)，所以(yi)永(yong)磁(ci)(ci)(ci)(ci)同步(bu)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)機(ji)(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)這種結(jie)構(gou)(gou)被比(bi)(bi)較(jiao)多的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)應用(yong)于在(zai)(zai)傳動系(xi)統(tong)中(zhong)，但是(shi)(shi)其(qi)(qi)缺點(dian)也(ye)是(shi)(shi)很(hen)(hen)突出(chu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)，例如(ru)制(zhi)作成(cheng)(cheng)本和(he)漏磁(ci)(ci)(ci)(ci)系(xi)數(shu)與(yu)面(mian)貼(tie)式(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)相(xiang)(xiang)比(bi)(bi)較(jiao)都(dou)要大的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)多。嵌入(ru)式(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)永(yong)磁(ci)(ci)(ci)(ci)同步(bu)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)機(ji)(ji)(ji)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)永(yong)磁(ci)(ci)(ci)(ci)體(ti)是(shi)(shi)被安置在(zai)(zai)轉(zhuan)子的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)內部，相(xiang)(xiang)比(bi)(bi)較(jiao)而言其(qi)(qi)結(jie)構(gou)(gou)雖然比(bi)(bi)較(jiao)復雜，但卻(que)有(you)幾個很(hen)(hen)明(ming)顯(xian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)優點(dian)是(shi)(shi)毋庸置疑的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)，因(yin)(yin)為(wei)(wei)有(you)以(yi)高氣隙的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)磁(ci)(ci)(ci)(ci)通密度，所很(hen)(hen)明(ming)顯(xian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)它跟(gen)面(mian)貼(tie)式(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)機(ji)(ji)(ji)相(xiang)(xiang)比(bi)(bi)較(jiao)就會產生(sheng)很(hen)(hen)大的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)轉(zhuan)矩(ju)(ju)；因(yin)(yin)為(wei)(wei)在(zai)(zai)轉(zhuan)子永(yong)磁(ci)(ci)(ci)(ci)體(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)安裝(zhuang)方(fang)式(shi)(shi)是(shi)(shi)選擇嵌入(ru)式(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)，所以(yi)永(yong)磁(ci)(ci)(ci)(ci)體(ti)在(zai)(zai)被去(qu)磁(ci)(ci)(ci)(ci)后所帶來(lai)(lai)(lai)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)一(yi)系(xi)列的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)危險的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)可能(neng)(neng)(neng)性(xing)就會很(hen)(hen)小(xiao)(xiao)，因(yin)(yin)此電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)機(ji)(ji)(ji)能(neng)(neng)(neng)夠(gou)(gou)在(zai)(zai)更高的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)旋轉(zhuan)速(su)度下運行但是(shi)(shi)并(bing)不(bu)需要考慮轉(zhuan)子中(zhong)永(yong)磁(ci)(ci)(ci)(ci)體(ti)是(shi)(shi)否會因(yin)(yin)為(wei)(wei)離心(xin)力過大而被破(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。