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技術(shù)分享

無(wú)刷電機(jī)轉(zhuǎn)子永磁體-表貼式與內(nèi)置式的區(qū)別
2024-10-30

       高功率密度永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子通常采用表貼形式,而內(nèi)置式則多用于高速電機(jī)。不管永磁體以何種形式安裝在轉(zhuǎn)子上,電機(jī)的基本工作原理是相同的。但不同的安裝形式會(huì)在很大程度上影響電機(jī)的直、交軸電感。解釋如下:轉(zhuǎn)子磁極軸線稱為直軸,并且主磁通必定經(jīng)過(guò)永磁體。對(duì)于磁通密度較高的永磁體,其磁導(dǎo)率幾乎與空氣的相同。這意味著永磁體可近似認(rèn)為是空氣,相當(dāng)于增大了氣隙。當(dāng)直軸或永磁體軸線與定子繞組軸線重合時(shí),定子的電感即為直軸電感,用d表示。再將永磁體轉(zhuǎn)過(guò)90。此時(shí)定子磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子極間軸線正對(duì),即磁路中不存在永磁體。

      所謂內(nèi)置式和表貼式其實(shí)就是結(jié)構(gòu)不同,內(nèi)置式就是把電機(jī)內(nèi)部轉(zhuǎn)子內(nèi)嵌在永磁體,永磁體外表面與定子鐵心內(nèi)圓之間有鐵磁物質(zhì)制成的極靴,可以保護(hù)永磁體。這種永磁電機(jī)的重要特點(diǎn)是直、交軸的主電感不相等。因此,這兩種電機(jī)的性能有所不同,內(nèi)嵌式結(jié)構(gòu)扭矩更大,退磁風(fēng)險(xiǎn)更低。表貼式永磁同步電動(dòng)機(jī)中,永磁體通常呈瓦片形,并位于轉(zhuǎn)子鐵心的外表面上,這種電機(jī)的重要特點(diǎn)是直、交軸的主電感相等,表貼式永磁同步電機(jī)永磁體的用量較小磁鏈諧波分量較少,更容易產(chǎn)生正弦波磁動(dòng)勢(shì),內(nèi)置式能夠產(chǎn)生較大的電感、轉(zhuǎn)矩與懸浮力。

一.控制策略上:


內(nèi)置式:采用MTP+A弱磁控制比較多


表貼式:id=0 矢量控制比較多


二.應(yīng)用領(lǐng)域上:


表貼式永磁同步電機(jī)的應(yīng)用場(chǎng)合大多是工業(yè)控制類,內(nèi)置式多用于電動(dòng)汽車,似乎在說(shuō)明內(nèi)置式功率密度強(qiáng)于表貼式,而表貼式控制性能強(qiáng)于內(nèi)置式。


三.dq軸電感上:


表貼式永磁同步電機(jī)d、q軸電感相等;


內(nèi)置式永磁同步電機(jī)d、q軸電感不等,且Lq大于Ld;


四.優(yōu)缺點(diǎn)上:


表貼式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造成本低、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小等優(yōu)點(diǎn),可以通過(guò)合理優(yōu)化齒槽尺寸、轉(zhuǎn)子表面開(kāi)凹槽以及優(yōu)化永磁磁極等方法來(lái)削弱氣隙磁密諧波,使波形更加正弦化,有利于電機(jī)性能提高。但是表貼式轉(zhuǎn)子結(jié)果同時(shí)也存在等效氣隙大、永磁磁極無(wú)極靴保護(hù)而增加去磁風(fēng)險(xiǎn)等問(wèn)題。    


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與表貼式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)不同,因永磁體位于轉(zhuǎn)子鐵芯內(nèi)部,故稱為內(nèi)置式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。永磁磁極受極靴的保護(hù)而增加其抗去磁能力,其轉(zhuǎn)子磁路的不對(duì)稱結(jié)構(gòu)使得交直軸同步電感不同,也有利于增大磁阻轉(zhuǎn)矩,提高電機(jī)功率密度,并且易于弱磁擴(kuò)速,增強(qiáng)電機(jī)性能,制造工藝也較簡(jiǎn)單,但漏磁系數(shù)和制造成本都比表貼式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)要大。


五.內(nèi)置式結(jié)構(gòu):


1.徑向式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)


這種結(jié)構(gòu)永磁體磁化方向與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向相互垂直,其優(yōu)點(diǎn)是磁路漏磁小,轉(zhuǎn)軸不需采用隔磁措施,轉(zhuǎn)子沖片機(jī)械強(qiáng)度高、永磁體易于安裝固定,轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。    


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2.切向式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)


這種結(jié)構(gòu)的永磁體磁化方向與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向基本相同,磁極離氣隙較遠(yuǎn),其極間漏磁比徑向式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)要大,因此需要采取隔磁措施以降低漏磁場(chǎng)。它的優(yōu)點(diǎn)是一個(gè)極距下的磁通由兩個(gè)磁極并聯(lián)提供,氣隙磁密也會(huì)跟更高,每極磁通量會(huì)更大。


切向式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)永磁磁極固定較為復(fù)雜,電機(jī)高速運(yùn)行時(shí)永磁磁極表面將承受較大的離心力,這就對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)提出較高的要求。因此,還必須采用相應(yīng)的結(jié)構(gòu)部件以增強(qiáng)機(jī)械可靠性,這就增加了成本。同時(shí)永磁體與軸的隔磁,使得轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)呈塊狀,最后拼結(jié)成為一個(gè)整體,也增大了裝配的難度。


此外,采用切向式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)能夠較好利用磁阻轉(zhuǎn)矩分量,有利于提高電機(jī)功率密度和擴(kuò)展電機(jī)弱磁擴(kuò)速能力。


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3.混合式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)


混合式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)是徑向式與切向式兩種轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的混合,綜合二者的優(yōu)點(diǎn),但這種轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)也比徑向式與切向式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)復(fù)雜的多,制造成本也會(huì)高許多。


此外,為了增加電機(jī)的弱磁性能,滿足用戶的寬廣的擴(kuò)速范圍,需要提高永磁電機(jī)的凸極比,通常會(huì)采用內(nèi)置式“V”型結(jié)構(gòu),或者是增加永磁體層數(shù),合理設(shè)計(jì)磁橋位置以減小漏磁。

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