永磁同步電機（PMSM）的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)剖析

    永磁同步電機的轉(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軸線與電動機的轉(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軸之間的機械角度差時不同的，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：

   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率與氣隙磁導率接近，即相對磁導率接近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，電動機的凸極率ρ=Lq/Ld≈1，所以表面式PMSM是典型的隱極電動機，無凸極效應和磁阻轉(zhuǎn)矩；該類電動機交、直軸磁路的等效氣隙都很大，所以電樞反應比較小，弱磁能力較差，其恒功率弱磁運行范圍通常較小。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，應用較廣泛，尤其適宜于方波式永磁電動機。

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，永磁體受到極靴的保護。

    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，易于提高電動機高速旋轉(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，適用于高速運行場合；有效氣隙較小，d軸和q軸的電樞反應電抗較大，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，所以電動機的凸極率ρ=Lq/Ld>1。轉(zhuǎn)子交、直軸磁路不對稱的凸極效應所產(chǎn)生的磁阻轉(zhuǎn)矩有助于提高電動機的功率密度和過載能力，而且易于弱磁擴速，提高電動機的恒功率運行范圍。

    對于切向式的IPM的轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)，相鄰兩個磁極并聯(lián)提供一個極距下的磁通。所以可以得到更大的每極磁通。當電動機的極對數(shù)較多時，該結(jié)構(gòu)更加突出。采用切向式結(jié)構(gòu)電動機的磁阻轉(zhuǎn)矩在電動機的總電磁轉(zhuǎn)矩中的比例可達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，但結(jié)構(gòu)和工藝復雜，成本高。

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