【永(yong)(yong)磁(ci)同步(bu)電(dian)機】永(yong)(yong)磁(ci)同步(bu)電(dian)機原理 永(yong)(yong)磁(ci)同步(bu)電(dian)機結(jie)構

永磁同步電機原理

在(zai)交流(liu)(liu)異(yi)步(bu)電動(dong)機中(zhong)(zhong)，轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)磁場(chang)(chang)(chang)的(de)形成要分兩步(bu)走(zou)：第一步(bu)是定(ding)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)旋(xuan)(xuan)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)磁場(chang)(chang)(chang)先在(zai)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)繞組中(zhong)(zhong)感(gan)應(ying)出電流(liu)(liu)；第二(er)步(bu)是感(gan)應(ying)電流(liu)(liu)再(zai)產生轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)磁場(chang)(chang)(chang)。在(zai)楞次定(ding)律的(de)作用下，轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)跟(gen)隨定(ding)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)旋(xuan)(xuan)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)磁場(chang)(chang)(chang)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)動(dong)，但又“永遠追不(bu)上(shang)”，因(yin)此(ci)才(cai)稱其為異(yi)步(bu)電動(dong)機。如果轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)繞組中(zhong)(zhong)的(de)電流(liu)(liu)不(bu)是由定(ding)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)旋(xuan)(xuan)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)磁場(chang)(chang)(chang)感(gan)應(ying)的(de)，而是自己產生的(de)，則轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)磁場(chang)(chang)(chang)與定(ding)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)旋(xuan)(xuan)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)磁場(chang)(chang)(chang)無關，而且其磁極方向是固定(ding)的(de)，那(nei)么根據同(tong)性(xing)相(xiang)斥、異(yi)性(xing)相(xiang)吸(xi)的(de)原(yuan)理(li)，定(ding)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)的(de)旋(xuan)(xuan)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)磁場(chang)(chang)(chang)就會拉動(dong)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)旋(xuan)(xuan)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)，并且使(shi)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)磁場(chang)(chang)(chang)及轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)與定(ding)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)旋(xuan)(xuan)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)磁場(chang)(chang)(chang)“同(tong)步(bu)”旋(xuan)(xuan)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)。這就是同(tong)步(bu)電動(dong)機的(de)工(gong)作原(yuan)理(li)。

根據轉子(zi)自生磁場產生方式(shi)的不(bu)同，又可以(yi)將同步(bu)電動(dong)機分(fen)為兩種(zhong)：

一是將轉(zhuan)子(zi)繞組通上外接直流(liu)電(dian)（勵(li)(li)磁(ci)電(dian)流(liu)），然后(hou)由勵(li)(li)磁(ci)電(dian)流(liu)產生轉(zhuan)子(zi)磁(ci)場(chang)，進而使轉(zhuan)子(zi)與(yu)定子(zi)磁(ci)場(chang)同(tong)(tong)步(bu)旋轉(zhuan)。這種由勵(li)(li)磁(ci)電(dian)流(liu)產生轉(zhuan)子(zi)磁(ci)場(chang)的同(tong)(tong)步(bu)電(dian)動機(ji)稱為勵(li)(li)磁(ci)同(tong)(tong)步(bu)電(dian)動機(ji)。

二是干脆在轉(zhuan)子上(shang)嵌上(shang)永久磁(ci)體，直接產生磁(ci)場(chang)，省去了(le)勵磁(ci)電(dian)(dian)流或(huo)感應電(dian)(dian)流的環(huan)節。這(zhe)種由永久磁(ci)體產生轉(zhuan)子磁(ci)場(chang)的同(tong)步電(dian)(dian)動(dong)機，就稱為永磁(ci)同(tong)步電(dian)(dian)動(dong)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(zui)多的(de)電動(dong)機。但永磁(ci)(ci)材(cai)料在受到振動(dong)、高溫和過載電流作用時，其導磁(ci)(ci)性(xing)(xing)能可能會下(xia)降(jiang)，或發生退(tui)磁(ci)(ci)現象(xiang)，有可能降(jiang)低永磁(ci)(ci)電動(dong)機的(de)性(xing)(xing)能。另外(wai)，稀(xi)(xi)土式永磁(ci)(ci)同步電動(dong)機要用到稀(xi)(xi)土材(cai)料，制造(zao)成本(ben)不太穩(wen)定(ding)。

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(qi)來(lai)，電機轉(zhuan)(zhuan)子(zi)的(de)轉(zhuan)(zhuan)速總(zong)是(shi)小于旋轉(zhuan)(zhuan)磁場（由(you)定(ding)子(zi)繞組電流產生）的(de)轉(zhuan)(zhuan)速。因此，轉(zhuan)(zhuan)子(zi)看起(qi)來(lai)與定(ding)子(zi)繞組的(de)電流頻率總(zong)是(shi)“不一致(zhi)”，這(zhe)也是(shi)其為什(shen)么叫異步(bu)電機的(de)原因。

相(xiang)比于永(yong)磁(ci)同步(bu)電(dian)(dian)機(ji)，異(yi)步(bu)電(dian)(dian)機(ji)的(de)優點是(shi)(shi)成本(ben)低，工藝簡(jian)單；當然其(qi)缺點就是(shi)(shi)其(qi)功(gong)率密度與(yu)轉矩(ju)密度要(yao)(yao)低于永(yong)磁(ci)同步(bu)電(dian)(dian)機(ji)。而特(te)斯(si)拉ModelS為何選用異(yi)步(bu)電(dian)(dian)機(ji)而不是(shi)(shi)永(yong)磁(ci)同步(bu)電(dian)(dian)機(ji)，除了控制(zhi)成本(ben)這個主要(yao)(yao)原(yuan)因(yin)之外，較大(da)的(de)ModelS車體能夠(gou)有足(zu)夠(gou)空間放的(de)下(xia)相(xiang)對(dui)大(da)一點的(de)異(yi)步(bu)電(dian)(dian)機(ji)，也是(shi)(shi)一個很重要(yao)(yao)的(de)因(yin)素。

永磁同步電機結構

永(yong)(yong)磁(ci)(ci)同(tong)步電(dian)機(ji)主(zhu)(zhu)要(yao)是(shi)(shi)由轉(zhuan)(zhuan)子、端蓋、及(ji)定(ding)子等各部件組成(cheng)的(de)(de)(de)(de)(de)。一般來說，永(yong)(yong)磁(ci)(ci) 同(tong)步電(dian)機(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)最(zui)大的(de)(de)(de)(de)(de)特點是(shi)(shi)它的(de)(de)(de)(de)(de)定(ding)子結(jie)構(gou)(gou)與普通的(de)(de)(de)(de)(de)感應(ying)電(dian)機(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)結(jie)構(gou)(gou)非常(chang)非常(chang)的(de)(de)(de)(de)(de)相似，主(zhu)(zhu)要(yao)是(shi)(shi)區別于轉(zhuan)(zhuan)子的(de)(de)(de)(de)(de)獨(du)特的(de)(de)(de)(de)(de)結(jie)構(gou)(gou)與其它電(dian)機(ji)形成(cheng)了差別。和(he)常(chang)用的(de)(de)(de)(de)(de)異步電(dian)機(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)最(zui)大不同(tong)則(ze)是(shi)(shi)轉(zhuan)(zhuan)子的(de)(de)(de)(de)(de)獨(du)特的(de)(de)(de)(de)(de)結(jie)構(gou)(gou)，在轉(zhuan)(zhuan)子上(shang)放(fang)(fang)有(you)(you)高質量(liang)的(de)(de)(de)(de)(de)永(yong)(yong)磁(ci)(ci)體(ti)磁(ci)(ci)極。由于在轉(zhuan)(zhuan)子上(shang)安放(fang)(fang)永(yong)(yong)磁(ci)(ci)體(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)位(wei)置有(you)(you)很(hen)多選擇，所(suo)以(yi)永(yong)(yong)磁(ci)(ci)同(tong)步電(dian)機(ji)通常(chang)會被分為三(san)大類：內嵌式(shi)(shi)(shi)、面貼式(shi)(shi)(shi)以(yi)及(ji)插入式(shi)(shi)(shi)，如圖1.1所(suo)示。永(yong)(yong)磁(ci)(ci)同(tong)步電(dian)機(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)運行(xing)性能是(shi)(shi)最(zui)受關注的(de)(de)(de)(de)(de)，影(ying)響其性能的(de)(de)(de)(de)(de)因素有(you)(you)很(hen)多，但是(shi)(shi)最(zui)主(zhu)(zhu)要(yao)的(de)(de)(de)(de)(de)則(ze)是(shi)(shi)永(yong)(yong)磁(ci)(ci)同(tong)步電(dian)機(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)結(jie)構(gou)(gou)。就面貼式(shi)(shi)(shi)、插入式(shi)(shi)(shi)和(he)嵌入式(shi)(shi)(shi)而言，各種(zhong)結(jie)構(gou)(gou)都各有(you)(you)其各自的(de)(de)(de)(de)(de)優點。

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面貼(tie)式(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)永(yong)(yong)磁(ci)(ci)同步(bu)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)機在(zai)(zai)工業上是(shi)(shi)應用(yong)最(zui)廣(guang)泛的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)，其(qi)(qi)最(zui)主要(yao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)原因(yin)(yin)(yin)是(shi)(shi)其(qi)(qi)擁有(you)很(hen)(hen)(hen)(hen)多(duo)(duo)其(qi)(qi)他形式(shi)(shi)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)機無法(fa)比(bi)(bi)擬的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)優點，例如(ru)(ru)其(qi)(qi)制造方便(bian)，轉(zhuan)動(dong)慣性(xing)(xing)比(bi)(bi)較小(xiao)以(yi)(yi)及結(jie)(jie)構很(hen)(hen)(hen)(hen)簡單等。并且這(zhe)種類型的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)永(yong)(yong)磁(ci)(ci)同步(bu)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)機更(geng)加(jia)容易(yi)被(bei)設計(ji)師來(lai)(lai)進行對(dui)(dui)其(qi)(qi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)優化設計(ji)，其(qi)(qi)中(zhong)最(zui)主要(yao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)方法(fa)是(shi)(shi)設計(ji)成近似(si)正(zheng)弦(xian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)分布把氣隙(xi)磁(ci)(ci)鏈(lian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)分布結(jie)(jie)構，將其(qi)(qi)分布結(jie)(jie)構改成正(zheng)弦(xian)分布后(hou)能(neng)(neng)(neng)(neng)夠帶來(lai)(lai)很(hen)(hen)(hen)(hen)多(duo)(duo)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)優勢，例如(ru)(ru)它(ta)所(suo)帶來(lai)(lai)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)負面效應，能(neng)(neng)(neng)(neng)減小(xiao)磁(ci)(ci)場的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)諧波以(yi)(yi)及應用(yong)以(yi)(yi)上的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)方法(fa)能(neng)(neng)(neng)(neng)夠很(hen)(hen)(hen)(hen)好的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)改善(shan)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)機的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)運(yun)行性(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)(neng)。插入(ru)(ru)式(shi)(shi)結(jie)(jie)構的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)機之所(suo)以(yi)(yi)能(neng)(neng)(neng)(neng)夠跟面貼(tie)式(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)機相(xiang)(xiang)比(bi)(bi)較有(you)很(hen)(hen)(hen)(hen)大(da)(da)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)改善(shan)是(shi)(shi)因(yin)(yin)(yin)為(wei)(wei)它(ta)充分的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)利用(yong)了它(ta)設計(ji)出(chu)(chu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)磁(ci)(ci)鏈(lian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)結(jie)(jie)構有(you)著不(bu)對(dui)(dui)稱性(xing)(xing)所(suo)生成的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)獨特的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)磁(ci)(ci)阻(zu)轉(zhuan)矩能(neng)(neng)(neng)(neng)大(da)(da)大(da)(da)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)提高了電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)機的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)功(gong)率(lv)密度(du)，并且在(zai)(zai)也能(neng)(neng)(neng)(neng)很(hen)(hen)(hen)(hen)方便(bian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)制造出(chu)(chu)來(lai)(lai)，所(suo)以(yi)(yi)永(yong)(yong)磁(ci)(ci)同步(bu)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)機的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)這(zhe)種結(jie)(jie)構被(bei)比(bi)(bi)較多(duo)(duo)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)應用(yong)于在(zai)(zai)傳(chuan)動(dong)系(xi)(xi)統中(zhong)，但(dan)是(shi)(shi)其(qi)(qi)缺點也是(shi)(shi)很(hen)(hen)(hen)(hen)突出(chu)(chu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)，例如(ru)(ru)制作成本和漏磁(ci)(ci)系(xi)(xi)數與面貼(tie)式(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)相(xiang)(xiang)比(bi)(bi)較都要(yao)大(da)(da)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)多(duo)(duo)。嵌入(ru)(ru)式(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)永(yong)(yong)磁(ci)(ci)同步(bu)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)機中(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)永(yong)(yong)磁(ci)(ci)體是(shi)(shi)被(bei)安(an)置在(zai)(zai)轉(zhuan)子(zi)(zi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)內(nei)部(bu)，相(xiang)(xiang)比(bi)(bi)較而言其(qi)(qi)結(jie)(jie)構雖然比(bi)(bi)較復雜，但(dan)卻有(you)幾(ji)個很(hen)(hen)(hen)(hen)明(ming)(ming)顯(xian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)優點是(shi)(shi)毋庸置疑(yi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)，因(yin)(yin)(yin)為(wei)(wei)有(you)以(yi)(yi)高氣隙(xi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)磁(ci)(ci)通密度(du)，所(suo)很(hen)(hen)(hen)(hen)明(ming)(ming)顯(xian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)它(ta)跟面貼(tie)式(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)機相(xiang)(xiang)比(bi)(bi)較就會產生很(hen)(hen)(hen)(hen)大(da)(da)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)轉(zhuan)矩；因(yin)(yin)(yin)為(wei)(wei)在(zai)(zai)轉(zhuan)子(zi)(zi)永(yong)(yong)磁(ci)(ci)體的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)安(an)裝方式(shi)(shi)是(shi)(shi)選(xuan)擇嵌入(ru)(ru)式(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)，所(suo)以(yi)(yi)永(yong)(yong)磁(ci)(ci)體在(zai)(zai)被(bei)去磁(ci)(ci)后(hou)所(suo)帶來(lai)(lai)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)一系(xi)(xi)列(lie)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)危險(xian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)可能(neng)(neng)(neng)(neng)性(xing)(xing)就會很(hen)(hen)(hen)(hen)小(xiao)，因(yin)(yin)(yin)此電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)機能(neng)(neng)(neng)(neng)夠在(zai)(zai)更(geng)高的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)旋轉(zhuan)速度(du)下運(yun)行但(dan)是(shi)(shi)并不(bu)需(xu)要(yao)考慮轉(zhuan)子(zi)(zi)中(zhong)永(yong)(yong)磁(ci)(ci)體是(shi)(shi)否(fou)會因(yin)(yin)(yin)為(wei)(wei)離心力過大(da)(da)而被(bei)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。