【永磁同步(bu)電(dian)機(ji)】永磁同步(bu)電(dian)機(ji)原理 永磁同步(bu)電(dian)機(ji)結構

永磁同步電機原理

在(zai)交流異步(bu)電(dian)(dian)(dian)動(dong)機中，轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)子(zi)(zi)(zi)(zi)磁(ci)(ci)場(chang)(chang)的(de)形成要分兩步(bu)走：第(di)一步(bu)是(shi)定(ding)子(zi)(zi)(zi)(zi)旋轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)磁(ci)(ci)場(chang)(chang)先在(zai)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)子(zi)(zi)(zi)(zi)繞組中感(gan)應出電(dian)(dian)(dian)流；第(di)二步(bu)是(shi)感(gan)應電(dian)(dian)(dian)流再產生轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)子(zi)(zi)(zi)(zi)磁(ci)(ci)場(chang)(chang)。在(zai)楞次(ci)定(ding)律的(de)作(zuo)用(yong)下，轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)子(zi)(zi)(zi)(zi)跟隨(sui)定(ding)子(zi)(zi)(zi)(zi)旋轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)磁(ci)(ci)場(chang)(chang)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)動(dong)，但又(you)“永遠追不(bu)(bu)上”，因此才稱(cheng)其(qi)為異步(bu)電(dian)(dian)(dian)動(dong)機。如果轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)子(zi)(zi)(zi)(zi)繞組中的(de)電(dian)(dian)(dian)流不(bu)(bu)是(shi)由(you)定(ding)子(zi)(zi)(zi)(zi)旋轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)磁(ci)(ci)場(chang)(chang)感(gan)應的(de)，而(er)是(shi)自己產生的(de)，則(ze)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)子(zi)(zi)(zi)(zi)磁(ci)(ci)場(chang)(chang)與(yu)定(ding)子(zi)(zi)(zi)(zi)旋轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)磁(ci)(ci)場(chang)(chang)無關，而(er)且(qie)其(qi)磁(ci)(ci)極方(fang)向(xiang)是(shi)固定(ding)的(de)，那(nei)么根據(ju)同性相(xiang)斥、異性相(xiang)吸的(de)原(yuan)理，定(ding)子(zi)(zi)(zi)(zi)的(de)旋轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)磁(ci)(ci)場(chang)(chang)就會(hui)拉動(dong)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)子(zi)(zi)(zi)(zi)旋轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)，并且(qie)使(shi)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)子(zi)(zi)(zi)(zi)磁(ci)(ci)場(chang)(chang)及轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)子(zi)(zi)(zi)(zi)與(yu)定(ding)子(zi)(zi)(zi)(zi)旋轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)磁(ci)(ci)場(chang)(chang)“同步(bu)”旋轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)。這(zhe)就是(shi)同步(bu)電(dian)(dian)(dian)動(dong)機的(de)工作(zuo)原(yuan)理。

根據轉子自生磁場產生方式的不同，又(you)可(ke)以(yi)將同步電(dian)動(dong)機分為兩種：

一是將(jiang)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)子(zi)(zi)繞組通上外接直流電(dian)(dian)（勵磁電(dian)(dian)流），然后由(you)勵磁電(dian)(dian)流產生轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)子(zi)(zi)磁場，進(jin)而使轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)子(zi)(zi)與定子(zi)(zi)磁場同(tong)步旋轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)。這種由(you)勵磁電(dian)(dian)流產生轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)子(zi)(zi)磁場的(de)同(tong)步電(dian)(dian)動(dong)機稱為勵磁同(tong)步電(dian)(dian)動(dong)機。

二是(shi)干脆(cui)在轉(zhuan)子(zi)上(shang)嵌上(shang)永久(jiu)磁體，直接產生磁場，省去了勵磁電流(liu)或感應電流(liu)的環節。這種由永久(jiu)磁體產生轉(zhuan)子(zi)磁場的同(tong)(tong)步電動(dong)機，就稱為永磁同(tong)(tong)步電動(dong)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(de)(de)電(dian)(dian)動機(ji)。但永(yong)磁(ci)(ci)(ci)材(cai)料(liao)在受到振動、高(gao)溫和過載電(dian)(dian)流作用時，其(qi)導磁(ci)(ci)(ci)性能可能會下降，或發生退(tui)磁(ci)(ci)(ci)現(xian)象，有可能降低永(yong)磁(ci)(ci)(ci)電(dian)(dian)動機(ji)的(de)(de)性能。另外，稀土式永(yong)磁(ci)(ci)(ci)同步電(dian)(dian)動機(ji)要(yao)用到稀土材(cai)料(liao)，制造成本不(bu)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(bi)起來，電(dian)機轉(zhuan)子(zi)的(de)(de)轉(zhuan)速總(zong)是(shi)小于旋轉(zhuan)磁場(chang)（由定子(zi)繞組電(dian)流產生）的(de)(de)轉(zhuan)速。因此(ci)，轉(zhuan)子(zi)看起來與定子(zi)繞組的(de)(de)電(dian)流頻率總(zong)是(shi)“不一(yi)致”，這也是(shi)其為什(shen)么叫(jiao)異(yi)步電(dian)機的(de)(de)原(yuan)因。

相比于永磁(ci)同(tong)(tong)步(bu)電(dian)機，異步(bu)電(dian)機的(de)優點(dian)(dian)是(shi)(shi)成(cheng)本低(di)，工(gong)藝簡單(dan)；當然其缺(que)點(dian)(dian)就是(shi)(shi)其功率密度與(yu)轉(zhuan)矩密度要低(di)于永磁(ci)同(tong)(tong)步(bu)電(dian)機。而(er)特斯拉ModelS為何選(xuan)用異步(bu)電(dian)機而(er)不是(shi)(shi)永磁(ci)同(tong)(tong)步(bu)電(dian)機，除了控(kong)制成(cheng)本這個(ge)主要原因之外，較大的(de)ModelS車體能夠(gou)有足(zu)夠(gou)空(kong)間放的(de)下相對(dui)大一點(dian)(dian)的(de)異步(bu)電(dian)機，也是(shi)(shi)一個(ge)很重要的(de)因素(su)。

永磁同步電機結構

永磁(ci)(ci)同(tong)(tong)(tong)步電(dian)機(ji)主(zhu)(zhu)要是(shi)(shi)(shi)由轉(zhuan)(zhuan)子(zi)、端蓋(gai)、及定(ding)子(zi)等(deng)各部件組(zu)成的(de)(de)(de)。一般來說，永磁(ci)(ci) 同(tong)(tong)(tong)步電(dian)機(ji)的(de)(de)(de)最大(da)的(de)(de)(de)特點是(shi)(shi)(shi)它(ta)的(de)(de)(de)定(ding)子(zi)結構與普通的(de)(de)(de)感應電(dian)機(ji)的(de)(de)(de)結構非常非常的(de)(de)(de)相似，主(zhu)(zhu)要是(shi)(shi)(shi)區(qu)別于(yu)轉(zhuan)(zhuan)子(zi)的(de)(de)(de)獨特的(de)(de)(de)結構與其它(ta)電(dian)機(ji)形成了差(cha)別。和常用的(de)(de)(de)異步電(dian)機(ji)的(de)(de)(de)最大(da)不同(tong)(tong)(tong)則是(shi)(shi)(shi)轉(zhuan)(zhuan)子(zi)的(de)(de)(de)獨特的(de)(de)(de)結構，在(zai)轉(zhuan)(zhuan)子(zi)上放有高質(zhi)量的(de)(de)(de)永磁(ci)(ci)體磁(ci)(ci)極。由于(yu)在(zai)轉(zhuan)(zhuan)子(zi)上安放永磁(ci)(ci)體的(de)(de)(de)位置有很多選擇，所(suo)以(yi)(yi)永磁(ci)(ci)同(tong)(tong)(tong)步電(dian)機(ji)通常會被分為三大(da)類：內嵌式、面貼(tie)式以(yi)(yi)及插(cha)入式，如圖1.1所(suo)示。永磁(ci)(ci)同(tong)(tong)(tong)步電(dian)機(ji)的(de)(de)(de)運行(xing)性(xing)能(neng)是(shi)(shi)(shi)最受關注的(de)(de)(de)，影響其性(xing)能(neng)的(de)(de)(de)因素有很多，但是(shi)(shi)(shi)最主(zhu)(zhu)要的(de)(de)(de)則是(shi)(shi)(shi)永磁(ci)(ci)同(tong)(tong)(tong)步電(dian)機(ji)的(de)(de)(de)結構。就面貼(tie)式、插(cha)入式和嵌入式而(er)言，各種結構都各有其各自的(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)貼式(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)永磁(ci)(ci)(ci)(ci)同步(bu)電(dian)(dian)(dian)(dian)機(ji)(ji)(ji)在(zai)工業上(shang)是(shi)(shi)(shi)(shi)應用最(zui)廣泛的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)，其(qi)最(zui)主要(yao)(yao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)原因(yin)是(shi)(shi)(shi)(shi)其(qi)擁有很(hen)多(duo)其(qi)他形式(shi)(shi)電(dian)(dian)(dian)(dian)機(ji)(ji)(ji)無法比(bi)擬的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)優點(dian)，例(li)如(ru)其(qi)制(zhi)(zhi)造方便，轉(zhuan)(zhuan)動慣性比(bi)較(jiao)(jiao)(jiao)小以及結(jie)(jie)構(gou)(gou)(gou)很(hen)簡單(dan)等。并且(qie)這種(zhong)類型的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)永磁(ci)(ci)(ci)(ci)同步(bu)電(dian)(dian)(dian)(dian)機(ji)(ji)(ji)更(geng)加容易被(bei)設(she)(she)計師來進行(xing)對其(qi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)優化設(she)(she)計，其(qi)中(zhong)最(zui)主要(yao)(yao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)方法是(shi)(shi)(shi)(shi)設(she)(she)計成近似(si)正弦的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)分(fen)(fen)布(bu)(bu)把氣(qi)隙磁(ci)(ci)(ci)(ci)鏈(lian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)分(fen)(fen)布(bu)(bu)結(jie)(jie)構(gou)(gou)(gou)，將(jiang)其(qi)分(fen)(fen)布(bu)(bu)結(jie)(jie)構(gou)(gou)(gou)改成正弦分(fen)(fen)布(bu)(bu)后(hou)能(neng)夠帶來很(hen)多(duo)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)優勢，例(li)如(ru)它(ta)所(suo)帶來的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)負(fu)面(mian)效應，能(neng)減小磁(ci)(ci)(ci)(ci)場的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)諧波以及應用以上(shang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)方法能(neng)夠很(hen)好的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)改善電(dian)(dian)(dian)(dian)機(ji)(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)運行(xing)性能(neng)。插入(ru)式(shi)(shi)結(jie)(jie)構(gou)(gou)(gou)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)機(ji)(ji)(ji)之所(suo)以能(neng)夠跟面(mian)貼式(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)機(ji)(ji)(ji)相(xiang)(xiang)比(bi)較(jiao)(jiao)(jiao)有很(hen)大(da)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)改善是(shi)(shi)(shi)(shi)因(yin)為它(ta)充分(fen)(fen)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)利用了它(ta)設(she)(she)計出(chu)的(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)結(jie)(jie)構(gou)(gou)(gou)有著不(bu)對稱性所(suo)生成的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)獨特的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)磁(ci)(ci)(ci)(ci)阻轉(zhuan)(zhuan)矩(ju)能(neng)大(da)大(da)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)提高(gao)了電(dian)(dian)(dian)(dian)機(ji)(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)功(gong)率密(mi)度(du)，并且(qie)在(zai)也能(neng)很(hen)方便的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)制(zhi)(zhi)造出(chu)來，所(suo)以永磁(ci)(ci)(ci)(ci)同步(bu)電(dian)(dian)(dian)(dian)機(ji)(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)這種(zhong)結(jie)(jie)構(gou)(gou)(gou)被(bei)比(bi)較(jiao)(jiao)(jiao)多(duo)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)應用于在(zai)傳動系(xi)統中(zhong)，但是(shi)(shi)(shi)(shi)其(qi)缺點(dian)也是(shi)(shi)(shi)(shi)很(hen)突(tu)出(chu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)，例(li)如(ru)制(zhi)(zhi)作(zuo)成本和漏磁(ci)(ci)(ci)(ci)系(xi)數與面(mian)貼式(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)相(xiang)(xiang)比(bi)較(jiao)(jiao)(jiao)都要(yao)(yao)大(da)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)多(duo)。嵌入(ru)式(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)永磁(ci)(ci)(ci)(ci)同步(bu)電(dian)(dian)(dian)(dian)機(ji)(ji)(ji)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)永磁(ci)(ci)(ci)(ci)體是(shi)(shi)(shi)(shi)被(bei)安(an)置在(zai)轉(zhuan)(zhuan)子的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)內部，相(xiang)(xiang)比(bi)較(jiao)(jiao)(jiao)而言其(qi)結(jie)(jie)構(gou)(gou)(gou)雖然(ran)比(bi)較(jiao)(jiao)(jiao)復雜(za)，但卻有幾個(ge)很(hen)明顯的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)優點(dian)是(shi)(shi)(shi)(shi)毋(wu)庸置疑的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)，因(yin)為有以高(gao)氣(qi)隙的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)磁(ci)(ci)(ci)(ci)通(tong)密(mi)度(du)，所(suo)很(hen)明顯的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)它(ta)跟面(mian)貼式(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)機(ji)(ji)(ji)相(xiang)(xiang)比(bi)較(jiao)(jiao)(jiao)就會產生很(hen)大(da)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)轉(zhuan)(zhuan)矩(ju)；因(yin)為在(zai)轉(zhuan)(zhuan)子永磁(ci)(ci)(ci)(ci)體的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)安(an)裝方式(shi)(shi)是(shi)(shi)(shi)(shi)選擇(ze)嵌入(ru)式(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)，所(suo)以永磁(ci)(ci)(ci)(ci)體在(zai)被(bei)去磁(ci)(ci)(ci)(ci)后(hou)所(suo)帶來的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)一系(xi)列的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)危險的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)可能(neng)性就會很(hen)小，因(yin)此電(dian)(dian)(dian)(dian)機(ji)(ji)(ji)能(neng)夠在(zai)更(geng)高(gao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)旋轉(zhuan)(zhuan)速度(du)下運行(xing)但是(shi)(shi)(shi)(shi)并不(bu)需(xu)要(yao)(yao)考慮(lv)轉(zhuan)(zhuan)子中(zhong)永磁(ci)(ci)(ci)(ci)體是(shi)(shi)(shi)(shi)否(fou)會因(yin)為離心力過大(da)而被(bei)破壞。

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。