一文读懂几种永磁同步电机(PMSM)的区别

今天和大家分享下永磁同步电机(PMSM)根据气隙磁场方向大体分为两大类:

1)径向磁场:气隙磁场方向沿着电机的径向

2)轴向磁场:气磁场方向平行于电机轴线

径向磁场永磁电机较为常见,但轴向磁场电机因其较高的功率密度和加速能力,使其在某些场合越来越多地受到人们的青睐,而这两个特点正是高性能电机必须具备的。永磁体在转子上安装方式多种多样。图1.25所示为径向磁场结构。高功率密度永磁同步电机的转子通常采用表贴形式,而内置式则多用于高速电机。不管永磁体以何种形式安装在转子上,电机的基本工作原理是相同的。但不同的安装形式会在很大程度上影响电机的直、交轴电感。

2、以下详细介绍径向磁场方向的同步电机

2.1表贴式永磁同步电机

如图1.25a所示,永磁体装在转子铁心外圆表面。这种方式可以提供最大的气隙磁通密度,因为永磁体产生的磁通不经任何介质(如转子铁心)而直接进入气隙。其献点是结构的整体性和鲁棒性较差,因为永磁体沿径向方向没有得到26实际玉映意资精大的举恢关和定的深度,并用凯夫拉尔纤维捆绑在转子上,以险永微体和转子的须构弥度。这种转子结构的电机称为表贴式永磁同步电机。这期机的转速一般较纸,通常在3000r/min以下,但当转子直径较小时可以达500000r/min,从结构可以看出,这类电机直、交轴磁阻的差异很小。相应的,直、交轴电域的差异也很小(小子10%)。这使得表贴式永磁同步电机在控制和动方面有其独特之处。

2.2 表面嵌入式永磁同步电机

如图1.25b所示,永磁体放在转子铁心外表面的凹槽中,使得整个转子为圆形。此外,与表贴式结构相比,这种安装方式的结构鲁棒性更强,因为永磁体不表贴式结构那样延伸到转子铁心外部,而是完全嵌人转子中,从而提高了机械度,防止永磁体在高速旋转时飞出。在表贴式结构中,虽然将永磁体用磁带固定了转子上,但是相邻永磁体之间还是存在空隙,所以并不能有效地保证结构强摩而在表面嵌入式永磁同步电机中则不需要用凯夫拉尔纤维固定。即便采用这种方固定,由于转子铁心表面和永磁体表面在同一圆周上,所以缠绕起来也比表贴式易。这类电机的交、直轴电感之比可高达2~2.5。采用这类转子结构的电机称为表面嵌人式永磁同步电机。

2.3 内置式永磁同步电机

如图1.25c、d所示,永磁体分别沿径向和周向安装在转子铁心内部。这样续构的电机通常称为内置式永磁同步电机。内置式永磁转子结构的机械结构可靠,此适于高速运行。这种安装方式的工艺较表贴式或表面嵌人式复杂。与表面嵌入式结构相比,该结构的交、直轴电感之比更大,通常可以达到3倍,有时甚至更高如图1.25c所示,去掉永磁体之间的一部分铁心,使得相邻永磁体之间的气隙增大。这么做的目的是削弱相邻永磁体间经转子内表面闭合的磁通。没有这些称为隔磁槽的空气隙,将有很大一部分磁通不经过定子而直接在转子内部从一块永磁体流向相邻的永磁体,导致共磁链减少。因此在这种结构中采用隔磁槽是十分必要的此外,采用隔磁槽还可减轻转子重量,从而降低转子的转动惯量,提高电机的加速能力,使其更适于伺服系统。奇怪的是,即便有如此多的优点,这类电机却很少用于这类场合。

图1.25d所示为周向排布的内置式转子结构。可以看出该结构对永磁体的用量需求似乎较大,因此从成本角度考虑,不建议采用高磁能积的永磁体。相应地,该结构只能采用低磁能积和低成本的永磁体,比如铁氧体。该结构的特别之处在于可以产生比永磁体磁通密度更高的气隙磁通密度,因为永磁体的截面积远大于转子的表面积。由于该结构可以提供比表贴式铁氧体永磁同步电机更高的气隙磁通密度因此输出功率相同时,其具有更高的效率,且所需的定子电流更小。但需要注意是,与采用高磁能积的永磁体相比,较高的气隙磁通密度是以较大的转子体积为代价的。

内置永磁体结构的优势在于较强的结构鲁棒性以及较大的交、直轴电感比。除图示结构外,还有很多其他的内置式转子结构,但由于它们在工业应用中比较少见。

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