永磁同步電機（PMSM）的轉子結構剖析

    永磁同步電機的轉子包括永磁體、轉子鐵芯、轉軸、軸承等。具體來說，根據永磁體在轉子鐵芯中的位置可以分為表面式和內置式PMSM。其中表面式PMSM轉子結構又分為：表貼式和插入式。

內置式PMSM轉子磁路結構分為：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極對數為2，分別為表貼式和內置式。

內置式

    在下面的這幅圖中已經標出了兩種表面式轉子的d軸線與q軸線的位置，d軸線與電動機的轉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。由于在不同轉子中的磁極對數不一樣，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。

 內置式結構的轉子的特點：

   對于這種表面式的轉子結構,永磁體貼在轉子圓形鐵芯外側，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，內置式PMSM，顧名思義永磁體埋于轉子鐵芯內部，其表面與氣隙之間有鐵磁物質的極靴保護，永磁體受到極靴的保護。

    對于內置式PMSM其q軸的電感大于d軸的電感，有利于弱磁升速，由于永磁體埋于轉子鐵芯內部，轉子結構更加牢固，易于提高電動機高速旋轉的安全性。如圖所示

    內置式PMSM轉子磁路結構包括徑向式、切向式和混合式。

其中徑向式轉子磁路，永磁體置于轉子的內部，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。轉子交、直軸磁路不對稱的凸極效應所產生的磁阻轉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的轉子磁路結構，相鄰兩個磁極并聯提供一個極距下的磁通。所以可以得到更大的每極磁通。當電動機的極對數較多時，該結構更加突出。采用切向式結構電動機的磁阻轉矩在電動機的總電磁轉矩中的比例可達40%。

    徑向式結構的PMSM漏磁系數較小，不需要采取隔離措施，極弧系數易于控制，轉子強度高，永磁體不易變形。切向式結構的PMSM漏磁系數大，需要采取隔離措施，每極磁通大，極數多，磁阻轉矩大。

    此外，還有混合式結構的PMSM，它結合了徑向式和切向式的優點，但結構和工藝復雜，成本高。

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