從事永磁電機(jī)必須了解的知識(shí)點(diǎn)

朋友聚在一起聊新能源汽車，話題自然引出汽車動(dòng)力核心——永磁電機(jī)。出于好奇，有個(gè)哥們建議Ms給哥們講講永磁電機(jī)的特性？以極其緊湊的新能源汽車電機(jī)為例，說(shuō)明永磁電機(jī)不可替代的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，強(qiáng)調(diào)永磁電機(jī)不僅是永磁同步電機(jī)，而且有三種基本類型：DC永磁、無(wú)刷DC永磁和永磁同步電機(jī)。

直流永磁電機(jī)

在直流永磁電機(jī)是將直流電勵(lì)磁電機(jī)或常規(guī)意義上的直流電機(jī)的勵(lì)磁繞組和磁極去掉，換成永磁體，其余如電樞、電刷和換向器等主體結(jié)構(gòu)不變。,如大多數(shù)玩具馬達(dá)和電動(dòng)剃須刀，微型DC永磁電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)電機(jī)，結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單。定子由貼在鐵外殼內(nèi)表面的瓦形磁鋼制成，轉(zhuǎn)子為“換向器電樞”，碳刷、電刷架和接線系統(tǒng)集成在外殼上。與電勵(lì)磁DC電機(jī)相比，DC永磁電機(jī)的勵(lì)磁磁場(chǎng)不可調(diào)，只能通過(guò)調(diào)節(jié)電樞電壓來(lái)調(diào)節(jié)速度。

無(wú)刷直流永磁電機(jī)

DC永磁電機(jī)雖然省略了電勵(lì)磁系統(tǒng)，但由于“電刷/換向器”的機(jī)械接觸機(jī)制，仍然存在換向火花、電磁干擾、使用壽命短、可靠性差等問(wèn)題，極大地限制了其應(yīng)用范圍。

隨著微電子器件和電力電子器件的進(jìn)步和發(fā)展，用電子換向代替機(jī)械換向的技術(shù)日益成熟，無(wú)刷DC永磁電機(jī)發(fā)展迅速。例如，在日常生活中幾乎隨處可見(jiàn)的電動(dòng)摩托車和電動(dòng)自行車，都采用帶外轉(zhuǎn)子的無(wú)刷DC永磁電機(jī)。

無(wú)刷直流永磁電動(dòng)機(jī)和有刷直流電動(dòng)機(jī)

如前所述，無(wú)刷DC永磁電機(jī)是在無(wú)刷DC電機(jī)的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)的，無(wú)刷電機(jī)具有相同的運(yùn)行機(jī)理，但性能有所不同。

在運(yùn)行機(jī)理上，作用在電機(jī)上的電壓是一個(gè)恒定的直流電壓,輸入到電機(jī)上的電流是一個(gè)直流電流.作用在電樞線圈(也叫元件)上的電壓極性和通過(guò)電樞線圈的電流方向是交替的，電樞線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的波形基本相似，方向也是交替的。因此，無(wú)刷DC永磁電機(jī)的設(shè)計(jì)思路和方法可以直接使用，但一些具體的計(jì)算公式略有不同。

在運(yùn)行性能方面，無(wú)刷DC電機(jī)電樞繞組和換向器片的元件數(shù)大于電樞繞組的相數(shù)，運(yùn)行時(shí)有很大的差別：無(wú)刷DC電機(jī)的磁極磁場(chǎng)和電樞磁場(chǎng)始終處于正交狀態(tài)，而無(wú)刷DC電機(jī)的磁極磁場(chǎng)和電樞磁場(chǎng)在一定角度范圍內(nèi)變化，正交狀態(tài)只是瞬時(shí)位置之一。因此，在其他條件相同的情況下，無(wú)刷DC電機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)大于有刷DC電機(jī)，無(wú)刷DC電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩小于有刷DC電機(jī)。

永磁同步電機(jī)

永磁同步電機(jī)的工作原理與傳統(tǒng)的電勵(lì)磁同步電機(jī)相同。由于不需要?jiǎng)?lì)磁繞組和DC勵(lì)磁電源，消除了容易出錯(cuò)的集電環(huán)和電刷裝置，無(wú)刷電機(jī)成為。

永磁發(fā)電機(jī)

很難通過(guò)調(diào)節(jié)磁場(chǎng)來(lái)控制其輸出電壓和功率因數(shù)，限制了其應(yīng)用范圍。比如直驅(qū)永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)的能量交換必須通過(guò)變頻器實(shí)現(xiàn)，不能直接并網(wǎng)。

●永磁同步電動(dòng)機(jī)

變頻器供電的永磁同步電動(dòng)機(jī)加上轉(zhuǎn)子位置閉環(huán)控制系統(tǒng)構(gòu)成自同步永磁電動(dòng)機(jī)，既具有電勵(lì)磁直流電動(dòng)機(jī)的優(yōu)異調(diào)速特性，又實(shí)現(xiàn)了無(wú)刷化，在要求高控制精度和高可靠性的場(chǎng)合，如航空、航天、數(shù)控機(jī)床、加工中心、機(jī)器人、電動(dòng)汽車、計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備和家用電器等方面都獲得廣泛應(yīng)用。通常，反電動(dòng)勢(shì)和供電電流波形都是矩形波的電動(dòng)機(jī)稱之為無(wú)刷直流永磁電動(dòng)機(jī)；反電動(dòng)勢(shì)和供電電流波形都是正弦波的電動(dòng)機(jī)，稱為永磁同步電動(dòng)機(jī)。

永磁同步電動(dòng)機(jī)與無(wú)刷直流永磁電動(dòng)機(jī)

永磁同步電動(dòng)機(jī)與無(wú)刷直流永磁電動(dòng)機(jī)均由變頻器供電，最終加到電樞繞組上的電壓和供電電流都是與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速同步交變，故而往往不加區(qū)分地都稱為永磁同步電動(dòng)機(jī)。然而就內(nèi)部發(fā)生的電磁過(guò)程而言，永磁式同步電動(dòng)機(jī)和電勵(lì)磁同步電動(dòng)機(jī)完全相同，無(wú)刷直流永磁電動(dòng)機(jī)則與電勵(lì)磁直流電動(dòng)機(jī)基本相同，機(jī)理上有較大區(qū)別：永磁同步電動(dòng)機(jī)電樞磁場(chǎng)為三相合成旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)波，永磁體轉(zhuǎn)速與旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)波嚴(yán)格同步；無(wú)刷直流永磁電動(dòng)機(jī)電樞磁場(chǎng)為功率開(kāi)關(guān)器件控制的跳躍式磁勢(shì)波，永磁體轉(zhuǎn)速與磁勢(shì)波宏觀上同步。

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