无刷电机转子永磁体-表贴式与内置式的区别 2024-10-30
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。解释如下:转子磁极轴线称为直轴,并且主磁通必定经过永磁体。对于磁通密度较高的永磁体,其磁导率几乎与空气的相同。这意味着永磁体可近似认为是空气,相当于增大了气隙。当直轴或永磁体轴线与定子绕组轴线重合时,定子的电感即为直轴电感,用d表示。再将永磁体转过90。此时定子磁场与转子极间轴线正对,即磁路中不存在永磁体。 所谓内置式和表贴式其实就是结构不同,内置式就是把电机内部转子内嵌在永磁体,永磁体外表面与定子铁心内圆之间有铁磁物质制成的极靴,可以保护永磁体。这种永磁电机的重要特点是直、交轴的主电感不相等。因此,这两种电机的性能有所不同,内嵌式结构扭矩更大,退磁风险更低。表贴式永磁同步电动机中,永磁体通常呈瓦片形,并位于转子铁心的外表面上,这种电机的重要特点是直、交轴的主电感相等,表贴式永磁同步电机永磁体的用量较小磁链谐波分量较少,更容易产生正弦波磁动势,内置式能够产生较大的电感、转矩与悬浮力。 一.控制策略上:
内置式:采用MTP+A弱磁控制比较多
表贴式:id=0 矢量控制比较多
二.应用领域上:
表贴式永磁同步电机的应用场合大多是工业控制类,内置式多用于电动汽车,似乎在说明内置式功率密度强于表贴式,而表贴式控制性能强于内置式。
三.dq轴电感上:
表贴式永磁同步电机d、q轴电感相等;
内置式永磁同步电机d、q轴电感不等,且Lq大于Ld;
四.优缺点上:
表贴式转子结构具有结构简单、制造成本低、转动惯量小等优点,可以通过合理优化齿槽尺寸、转子表面开凹槽以及优化永磁磁极等方法来削弱气隙磁密谐波,使波形更加正弦化,有利于电机性能提高。但是表贴式转子结果同时也存在等效气隙大、永磁磁极无极靴保护而增加去磁风险等问题。
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与表贴式转子结构不同,因永磁体位于转子铁芯内部,故称为内置式转子结构。永磁磁极受极靴的保护而增加其抗去磁能力,其转子磁路的不对称结构使得交直轴同步电感不同,也有利于增大磁阻转矩,提高电机功率密度,并且易于弱磁扩速,增强电机性能,制造工艺也较简单,但漏磁系数和制造成本都比表贴式转子结构要大。
五.内置式结构:
1.径向式转子结构
这种结构永磁体磁化方向与转子旋转方向相互垂直,其优点是磁路漏磁小,转轴不需采用隔磁措施,转子冲片机械强度高、永磁体易于安装固定,转子结构稳定。
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2.切向式转子结构
这种结构的永磁体磁化方向与转子旋转方向基本相同,磁极离气隙较远,其极间漏磁比径向式转子结构要大,因此需要采取隔磁措施以降低漏磁场。它的优点是一个极距下的磁通由两个磁极并联提供,气隙磁密也会跟更高,每极磁通量会更大。
切向式转子结构永磁磁极固定较为复杂,电机高速运行时永磁磁极表面将承受较大的离心力,这就对机械结构提出较高的要求。因此,还必须采用相应的结构部件以增强机械可靠性,这就增加了成本。同时永磁体与轴的隔磁,使得转子结构呈块状,最后拼结成为一个整体,也增大了装配的难度。
此外,采用切向式转子结构能够较好利用磁阻转矩分量,有利于提高电机功率密度和扩展电机弱磁扩速能力。
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3.混合式转子结构
混合式转子结构是径向式与切向式两种转子结构的混合,综合二者的优点,但这种转子结构也比径向式与切向式转子结构复杂的多,制造成本也会高许多。
此外,为了增加电机的弱磁性能,满足用户的宽广的扩速范围,需要提高永磁电机的凸极比,通常会采用内置式“V”型结构,或者是增加永磁体层数,合理设计磁桥位置以减小漏磁。 |