永磁同步電機(jī)（PMSM）的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)剖析

    永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子包括永磁體、轉(zhuǎn)子鐵芯、轉(zhuǎn)軸、軸承等。具體來說，根據(jù)永磁體在轉(zhuǎn)子鐵芯中的位置可以分為表面式和內(nèi)置式PMSM。其中表面式PMSM轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)又分為：表貼式和插入式。

內(nèi)置式PMSM轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)分為：徑向式、切向式和混合式。

一，首先，介紹一下表面式PMSM。如下圖中的PMSM極對數(shù)為2，分別為表貼式和內(nèi)置式。

內(nèi)置式

    在下面的這幅圖中已經(jīng)標(biāo)出了兩種表面式轉(zhuǎn)子的d軸線與q軸線的位置，d軸線與電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子磁極所在的軸線重合，q軸線超前d軸90電角度，即相鄰兩個(gè)磁極的集合中性軸線。由于在不同轉(zhuǎn)子中的磁極對數(shù)不一樣，所以q軸與d軸之間的機(jī)械角度差時(shí)不同的，但是電角度的差都是90度。

 內(nèi)置式結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)子的特點(diǎn)：

   對于這種表面式的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu),永磁體貼在轉(zhuǎn)子圓形鐵芯外側(cè)，由于永磁體材料磁導(dǎo)率與氣隙磁導(dǎo)率接近，即相對磁導(dǎo)率接近1，其有效氣隙長度是氣隙和徑向永磁體厚度總和；交直軸磁路基本對稱，電動(dòng)機(jī)的凸極率ρ=Lq/Ld≈1，所以表面式PMSM是典型的隱極電動(dòng)機(jī)，無凸極效應(yīng)和磁阻轉(zhuǎn)矩；該類電動(dòng)機(jī)交、直軸磁路的等效氣隙都很大，所以電樞反應(yīng)比較小，弱磁能力較差，其恒功率弱磁運(yùn)行范圍通常較小。由于永磁體直接暴露在氣隙磁場中，因而容易退磁，弱磁能力受到限制。由于制造工藝簡單、成本低，應(yīng)用較廣泛，尤其適宜于方波式永磁電動(dòng)機(jī)。

二，內(nèi)置式PMSM，顧名思義永磁體埋于轉(zhuǎn)子鐵芯內(nèi)部，其表面與氣隙之間有鐵磁物質(zhì)的極靴保護(hù)，永磁體受到極靴的保護(hù)。

    對于內(nèi)置式PMSM其q軸的電感大于d軸的電感，有利于弱磁升速，由于永磁體埋于轉(zhuǎn)子鐵芯內(nèi)部，轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)更加牢固，易于提高電動(dòng)機(jī)高速旋轉(zhuǎn)的安全性。如圖所示

    內(nèi)置式PMSM轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)包括徑向式、切向式和混合式。

其中徑向式轉(zhuǎn)子磁路，永磁體置于轉(zhuǎn)子的內(nèi)部，適用于高速運(yùn)行場合；有效氣隙較小，d軸和q軸的電樞反應(yīng)電抗較大，從而存在較大的弱磁升速空間。另外，d軸的等效氣隙較q軸等效氣隙更大，所以電動(dòng)機(jī)的凸極率ρ=Lq/Ld>1。轉(zhuǎn)子交、直軸磁路不對稱的凸極效應(yīng)所產(chǎn)生的磁阻轉(zhuǎn)矩有助于提高電動(dòng)機(jī)的功率密度和過載能力，而且易于弱磁擴(kuò)速，提高電動(dòng)機(jī)的恒功率運(yùn)行范圍。

    對于切向式的IPM的轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)，相鄰兩個(gè)磁極并聯(lián)提供一個(gè)極距下的磁通。所以可以得到更大的每極磁通。當(dāng)電動(dòng)機(jī)的極對數(shù)較多時(shí)，該結(jié)構(gòu)更加突出。采用切向式結(jié)構(gòu)電動(dòng)機(jī)的磁阻轉(zhuǎn)矩在電動(dòng)機(jī)的總電磁轉(zhuǎn)矩中的比例可達(dá)40%。

    徑向式結(jié)構(gòu)的PMSM漏磁系數(shù)較小，不需要采取隔離措施，極弧系數(shù)易于控制，轉(zhuǎn)子強(qiáng)度高，永磁體不易變形。切向式結(jié)構(gòu)的PMSM漏磁系數(shù)大，需要采取隔離措施，每極磁通大，極數(shù)多，磁阻轉(zhuǎn)矩大。

    此外，還有混合式結(jié)構(gòu)的PMSM，它結(jié)合了徑向式和切向式的優(yōu)點(diǎn)，但結(jié)構(gòu)和工藝復(fù)雜，成本高。

  本公司主要生產(chǎn)永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子及轉(zhuǎn)子碳纖維護(hù)套等產(chǎn)品，產(chǎn)品主要應(yīng)用在小型家電、大型電機(jī)及發(fā)電機(jī)中。我公司與國內(nèi)主要的電機(jī)廠家都業(yè)務(wù)來往，主要是合作開發(fā)永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子。

  小型家電用永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子，該產(chǎn)品已經(jīng)批量生產(chǎn)。該電機(jī)不僅將電機(jī)的輸出功率有了較大的提高，而且大大縮小了電機(jī)體積，延長了電機(jī)壽命，為開發(fā)高品質(zhì)家用電器奠定了基礎(chǔ)。

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