【永磁同步電機】永磁同步電機原理 永磁同步電機結構

永磁同步電機原理

在交流異步電動機中，轉子磁場的形成要分兩步走：第一步是定子旋轉磁場先在轉子繞組中感應出電流；第二步是感應電流再產生轉子磁場。在楞次定律的作用下，轉子跟隨定子旋轉磁場轉動，但又“永遠追不上”，因此才稱其為異步電動機。如果轉子繞組中的電流不是由定子旋轉磁場感應的，而是自己產生的，則轉子磁場與定子旋轉磁場無關，而且其磁極方向是固定的，那么根據同性相斥、異性相吸的原理，定子的旋轉磁場就會拉動轉子旋轉，并且使轉子磁場及轉子與定子旋轉磁場“同步”旋轉。這就是同步電動機的工作原理。

根據轉子自生磁場產生方式的不同，又可以將同步電動機分為兩種：

一是將轉子繞組通上外接直流電（勵磁電流），然后由勵磁電流產生轉子磁場，進而使轉子與定子磁場同步旋轉。這種由勵磁電流產生轉子磁場的同步電動機稱為勵磁同步電動機。

二是干脆在轉子上嵌上永久磁體，直接產生磁場，省去了勵磁電流或感應電流的環節。這種由永久磁體產生轉子磁場的同步電動機，就稱為永磁同步電動機。

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電動機。但永磁材料在受到振動、高溫和過載電流作用時，其導磁性能可能會下降，或發生退磁現象，有可能降低永磁電動機的性能。另外，稀土式永磁同步電動機要用到稀土材料，制造成本不太穩定。

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。與同步電機相比起來，電機轉子的轉速總是小于旋轉磁場（由定子繞組電流產生）的轉速。因此，轉子看起來與定子繞組的電流頻率總是“不一致”，這也是其為什么叫異步電機的原因。

相比于永磁同步電機，異步電機的優點是成本低，工藝簡單；當然其缺點就是其功率密度與轉矩密度要低于永磁同步電機。而特斯拉ModelS為何選用異步電機而不是永磁同步電機，除了控制成本這個主要原因之外，較大的ModelS車體能夠有足夠空間放的下相對大一點的異步電機，也是一個很重要的因素。

永磁同步電機結構

永磁同步電機主要是由轉子、端蓋、及定子等各部件組成的。一般來說，永磁 同步電機的最大的特點是它的定子結構與普通的感應電機的結構非常非常的相似，主要是區別于轉子的獨特的結構與其它電機形成了差別。和常用的異步電機的最大不同則是轉子的獨特的結構，在轉子上放有高質量的永磁體磁極。由于在轉子上安放永磁體的位置有很多選擇，所以永磁同步電機通常會被分為三大類：內嵌式、面貼式以及插入式，如圖1.1所示。永磁同步電機的運行性能是最受關注的，影響其性能的因素有很多，但是最主要的則是永磁同步電機的結構。就面貼式、插入式和嵌入式而言，各種結構都各有其各自的優點。

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面貼式的永磁同步電機在工業上是應用最廣泛的，其最主要的原因是其擁有很多其他形式電機無法比擬的優點，例如其制造方便，轉動慣性比較小以及結構很簡單等。并且這種類型的永磁同步電機更加容易被設計師來進行對其的優化設計，其中最主要的方法是設計成近似正弦的分布把氣隙磁鏈的分布結構，將其分布結構改成正弦分布后能夠帶來很多的優勢，例如它所帶來的負面效應，能減小磁場的諧波以及應用以上的方法能夠很好的改善電機的運行性能。插入式結構的電機之所以能夠跟面貼式的電機相比較有很大的改善是因為它充分的利用了它設計出的磁鏈的結構有著不對稱性所生成的獨特的磁阻轉矩能大大的提高了電機的功率密度，并且在也能很方便的制造出來，所以永磁同步電機的這種結構被比較多的應用于在傳動系統中，但是其缺點也是很突出的，例如制作成本和漏磁系數與面貼式的相比較都要大的多。嵌入式的永磁同步電機中的永磁體是被安置在轉子的內部，相比較而言其結構雖然比較復雜，但卻有幾個很明顯的優點是毋庸置疑的，因為有以高氣隙的磁通密度，所很明顯的它跟面貼式的電機相比較就會產生很大的轉矩；因為在轉子永磁體的安裝方式是選擇嵌入式的，所以永磁體在被去磁后所帶來的一系列的危險的可能性就會很小，因此電機能夠在更高的旋轉速度下運行但是并不需要考慮轉子中永磁體是否會因為離心力過大而被破壞。

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。