永磁同步電機(jī)之關(guān)于永磁同步電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)

    6 . 1 . 1特點(diǎn)與用途

由于永磁同步電動(dòng)機(jī)無(wú)起動(dòng)能力，因而多用于變頻器供電調(diào)速場(chǎng)合。但加裝了起動(dòng)繞組后，使該電動(dòng)機(jī)具有了起動(dòng)能力而引起人們對(duì)此種電動(dòng)機(jī)的興趣。本章中所討論的永磁同步電動(dòng)機(jī)（Permanent Magnet Synchronous Motor）以自起動(dòng)同步電動(dòng)機(jī)為主，但是除起動(dòng)問題外，一些原理與設(shè)計(jì)方面也適用于變頻調(diào)速永磁同步電動(dòng)機(jī)。在這里統(tǒng)稱為永磁同步電動(dòng)機(jī)。自起動(dòng)同步電動(dòng)機(jī)以欽鐵硼永磁材料作為磁極取代了同步機(jī)的勵(lì)磁磁極和勵(lì)磁繞組，不但節(jié)省了材料，又減少了勵(lì)磁損耗。這時(shí)，它與小功率感應(yīng)電動(dòng)機(jī)相比，既有較高的效率，又有較高的功率因數(shù)。從已研制的小功率永磁同步電動(dòng)機(jī)與感應(yīng)電動(dòng)機(jī)相比，效率可提高5％一8 %，功率因數(shù)可提高18％一25 % ,而且又具有較好的自起動(dòng)能力，因而是近年來(lái)國(guó)內(nèi)外電機(jī)工作者研究與開發(fā)最多的一種電動(dòng)機(jī)，它的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，電動(dòng)機(jī)的容量也不斷提高，不但在小功率范圍內(nèi)，在容量較大的電動(dòng)機(jī)中也得到應(yīng)用。永磁同步電動(dòng)機(jī)除了有明顯的節(jié)能效果外，還具有轉(zhuǎn)速準(zhǔn)確、噪聲低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、便于從感應(yīng)電動(dòng)機(jī)派生的特點(diǎn)。所以它特別適合于：

l）長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)行的場(chǎng)合；

2）轉(zhuǎn)速恒定和精確的場(chǎng)合。

至于用變頻器起動(dòng)與運(yùn)行而無(wú)自起動(dòng)能力的永磁同步電動(dòng)機(jī)主要應(yīng)用在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的場(chǎng)合，如化纖、紡織、玻璃制造設(shè)備、風(fēng)機(jī)水泵等。可節(jié)約大量能源，降低運(yùn)行費(fèi)用。另外在數(shù)控機(jī)床、群控系統(tǒng)等方面也得到廣泛應(yīng)用。

6 . 1 . 2轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)形式

三相永磁同步電動(dòng)機(jī)的定子與感應(yīng)電動(dòng)機(jī)相同，必要時(shí)可借用三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的定子。永磁體放在轉(zhuǎn)子上，為了解決起動(dòng)問題，轉(zhuǎn)子上還應(yīng)加裝起動(dòng)繞組，這時(shí)轉(zhuǎn)子就必須用轉(zhuǎn)子沖片制造的轉(zhuǎn)子鐵心。一般根據(jù)永磁體在轉(zhuǎn)子上安裝位置和形式的不同，轉(zhuǎn)子有以下幾種結(jié)構(gòu)形式：

1．外貼式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)

這種結(jié)構(gòu)如圖6一la所示，永磁體貼在轉(zhuǎn)子外表面上，徑向充磁；永磁體也可以嵌入轉(zhuǎn)子表面以內(nèi)，如圖6一lb所示，貼于轉(zhuǎn)子表面的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)制造容易，常用于矩形波同步電動(dòng)機(jī)和恒功率運(yùn)行的正弦波永磁同步電動(dòng)機(jī)中。

    嵌人式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)可以利用轉(zhuǎn)子磁路不對(duì)稱所產(chǎn)生的磁阻力矩，提高電動(dòng)機(jī)的功率密度，因而該轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)常被用來(lái)制造調(diào)速永磁同步電動(dòng)機(jī)。表面式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)制造簡(jiǎn)單、成本低、應(yīng)用廣泛，但因轉(zhuǎn)子表面無(wú)法放置起動(dòng)繞組，故不能用于自起動(dòng)的永磁同步電動(dòng)機(jī)中。

2．內(nèi)置式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)

內(nèi)置式轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)是把永磁體放在轉(zhuǎn)子內(nèi)部，按永磁體磁化方向與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向的相互關(guān)系，可分為徑向式、切向式及混合式三種，如圖6一2一圖6并所示。

l）徑向式結(jié)構(gòu)：漏磁系數(shù)小，永磁體軸向嵌人磁體槽中，通過磁橋限制漏磁通，轉(zhuǎn)子機(jī)械強(qiáng)度高。圖6一2a是早期采用的轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)，現(xiàn)已較少采用。圖6一Zb和C中，永磁體軸向嵌入永磁體桶中、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠、機(jī)械強(qiáng)度高，近年廣泛應(yīng)用，圖d屬外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。

2）切向式結(jié)構(gòu)：每極磁通比徑向式大，主要是因?yàn)槊繕O磁通有兩相鄰磁極提供，但是這種轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)復(fù)雜，轉(zhuǎn)軸又需要非磁性材料或在轉(zhuǎn)軸外加隔磁套，所以轉(zhuǎn)子漏抗大。

3）混合式結(jié)構(gòu)：這種結(jié)構(gòu)集中了徑向式和切向式的優(yōu)點(diǎn)，但結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，制造時(shí)難度大。圖6并a是由德國(guó)西門子公司發(fā)明的混合式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，用于剩磁密度較低的鐵氧體永磁同步電動(dòng)機(jī)。圖64b是近年來(lái)應(yīng)用較多的結(jié)構(gòu)，采用隔磁磁橋隔磁。圖6并C和d是由圖6一2b和。衍生來(lái)的兩種混合式轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)。