[自然科学]4-永磁同步电动机基础
永磁同步电动机的工作原理
永磁同步电动机的工作原理
永磁同步电动机是一种利用永磁体产生磁场与电流产生的磁场之间的相互作用来实现电动机工作的电机。
其工作原理如下：
1. 永磁体磁通产生：在永磁同步电动机内，通过一组永磁体（通常为强大的永磁体磁铁）产生持久稳定的磁通，这个磁场是固定的，不需要外部电源。
2. 定子产生旋转磁场：在电动机的定子中通过三相交流电源输入三相电流，产生旋转磁场。
这个旋转磁场的频率和大小由输入电源的电压和频率决定。
3. 磁场相互作用：永磁体产生的稳定磁场与旋转磁场相互作用产生转矩。
旋转磁场的磁场分布会推动永磁体内的磁场旋转，从而使电动机动起来。
4. 运动控制：通过控制电动机输入的电流频率和幅值，可以调整旋转磁场的磁场分布，实现对电动机运动的控制。
通过调整电流频率和幅值，可以改变磁场相互作用的方式，从而实现调速、定位等功能。
总结起来，永磁同步电动机的工作原理是通过永磁体产生的稳定磁场与电流产生的旋转磁场相互作用，从而产生转矩，驱动电动机工作。
控制电流的频率和幅值可以实现对电动机运动的精确控制。
4-永磁同步电动机(基础)
4.2 内置径向式转子磁路结构
转轴
隔磁磁桥
永磁体
内置结构式转子的永磁体位于转子内部，永磁体外 表面与定子铁心内圆之间(对外转子磁路结构则为永 磁体内表面与转子铁心外圆之间)有铁磁物质制成的 极靴，极靴中可以放置铸铝笼或铜条笼，起阻尼或 (和)起动作用，动、稳态性能好，广泛用于要求有异 步起动能力或动态性能高的永磁同步电动机。内置式 转子内的永磁体受到极靴的保护，其转子磁路结构的 不对称性所产生的磁阻转矩也有助于提高电动机的过 裁能力和功率密度，而且易于“弱磁”扩速。
直轴电枢反应 为去磁性质
Ed E0
I&1 超前 E&0 I&1 滞后 U&
相当于感性负载
直轴电枢反应 为去磁性质
Ed E0
I&1 I&q
I&1与 U&同相位
仅有交轴电枢 反应，无直轴 电枢反应
Ed E0
I&1 滞后 E&0
相当于感性负载
直轴电枢反应 为助磁性质
Ed E0
7.2 永磁同步电机电磁转矩和矩角特性
1. 普通双层短距绕组
波形不好；永磁齿 磁导磁阻转矩大； 绕组端部长,不经济
2. 集中绕组 一对极下放置三 相集中绕组，绕 组基波系数低， 电机性能差。
3. 普通分数槽绕组
q 1 的分数槽绕
组可以改善电动势 和磁动势波形，
绕组的端部长。
4. 特殊分数槽绕组
q 1 3 这种
永磁同步电机的基本知识和结构
WORD 文档可编辑技术资料 专业分享第一章永磁同步电机的原理及结构1.1永磁同步电机的基本工作原理永磁同步电机的原理如下在电动机的定子绕组中通入三相电流，在通入电流后就会在电动机的定子绕组中形成旋转磁场，由于在转子上安装了永磁体，永磁体的磁极是固定的，根据磁极的同性相吸异性相斥的原理，在定子中产生的旋转磁场会带动转子进行旋转，最终达到转子的旋转速度与定子中产生的旋转磁极的转速相等，所以可以把永磁同步电机的起动过程看成是由异步启动阶段和牵入同步阶段组成的。
在异步启动的研究阶段中，电动机的转速是从零开始逐渐增大的，造成上诉的主要原因是其在异步转矩、永磁发电制动转矩、矩起的磁阻转矩和单轴转由转子磁路不对称而引等一系列的因素共同作用下而引起的，所以在这个过程中转速是振荡着上升的。
在起动过程中，质的转矩，只有异步转矩是驱动性电动机就是以这转矩来得以加速的，其他的转矩大部分以制动性质为主。
在电动机的速度由零增加到接近定子的磁场旋转转速时，在永磁体脉振转矩的影响下永磁同步电机的转速有可能会超过同步转速，而出现转速的超调现象。
但经过一段时间的转速振荡后，最终在同步转矩的作用下而被牵入同步。
1.2永磁同步电机的结构永磁同步电机主要是由转子、端盖、及定子等各部件组成的。
一般来说，永磁同步电机的最大的特点是它的定子结构与普通的感应电机的结构非常非常的相似，主要是区别于转子的独特的结构与其它电机形成了差别。
和常用的异步电机的最大不同则是转子的独特的结构，在转子上放有高质量的永磁体磁极。
由于在转子上安放永磁体的位置有很多选择，所以永磁同步电机通常会被分为三大类：内嵌式、面贴式以及插入式，如图1.1所示。
永磁同步电机的运行性能是最受关注的，影响其性能的因素有很多，但是最主要的则是永磁同步电机的结构。
就面贴式、插入式和嵌入式而言，各种结构都各有其各自的优点。
图1-1面贴式的永磁同步电机在工业上是应用最广泛的，其最主要的原因是其拥有很多其他形式电机无法比拟的优点，例如其制造方便，转动惯性比较小以及结构很简单等。
《永磁同步电动机》课件
面临的挑战与解决方案
成本问题
随着高性能永磁材料价格的上涨，永磁同步电动机的成本 也随之增加。解决方案包括采用替代性材料、优化设计等 降低成本。
控制精度问题
在某些高精度应用场景中，永磁同步电动机的控制精度仍 需提高。解决方案包括采用先进的控制算法和传感器技术 提高控制精度。
可靠性问题
在高温、高湿等恶劣环境下，永磁同步电动机的可靠性可 能会受到影响。解决方案包括加强散热设计、提高材料耐 久性等提高可靠性。
总结词
风力发电系统中应用永磁同步电动机，具有 高效、可靠、低噪音等优点。
详细描述
风力发电系统需要能够在风能不稳定的情况 下高效、可靠运行的电机，永磁同步电动机 能够满足这些要求。其高效、可靠、低噪音 的特性使得风力发电系统在能源利用效率和
可靠性方面具有显著优势。
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工作原理
永磁同步电动机通过控制器调节电机电流，使电机转子与定子磁场保持同步， 从而实现电机的运转。其工作原理基于磁场定向控制和矢量控制技术。
种类与特点
种类
永磁同步电动机根据结构可分为 表面贴装式、内置式和无铁心式 等类型。
特点
永磁同步电动机具有效率高、节 能效果好、运行稳定、维护方便 等优点，广泛应用于工业自动化 、新能源、电动汽车等领域。
05
CATALOGUE
永磁同步电动机的发展趋势与挑战
技术发展趋势
高效能化
随着技术的不断进步，永磁同步电动机的效率和性能不断提升， 能够满足更多高效率、高负载的应用需求。
智能化
随着物联网、传感器等技术的发展，永磁同步电动机的智能化水平 不断提高，可以实现远程监控、故障诊断等功能。
紧凑化
为了适应空间受限的应用场景，永磁同步电动机的尺寸和重量不断 减小，同时保持高性能。
永磁同步电动机
相比异步电动机，永磁同步电动机在轻载时效率值要高很多，其高效运行范围宽，在25%～120%范围内效率 大于90%，永磁同步电动机额定效率可达现行国标的1级能效要求，这是其在节能方面，相比异步电动机最大的一 个优势。实际运行中，电动机在驱动负载时很少以满功率运行。
注意事项
（1）发布的永磁同步电动机能效等级国家标准仅为GB-2013《永磁同步电动机能效限定值及能效等级》，适 用于1140V及以下的0.55～375kW、2～16极的异步起动三相永磁同步电动机。高压永磁同步电动机的效率，只能 参照中国电器工业协会标准CEEIA229-2015《TYC系列（IP23）高效高压永磁同步电动机技术条件》和CEEIA2302015《TYCKK系列（IP44）高效高压永磁同步电动机技术条件》。
工作原理
永磁同步电动机的启动和运行是由定子绕组、转子鼠笼绕组和永磁体这三者产生的磁场的相互作用而形成。 电动机静止时，给定子绕组通入三相对称电流，产生定子旋转磁场，定子旋转磁场相对于转子旋转在笼型绕组内 产生电流，形成转子旋转磁场，定子旋转磁场与转子旋转磁场相互作用产生的异步转矩使转子由静止开始加速转 动。在这个过程中，转子永磁磁场与定子旋转磁场转速不同，会产生交变转矩。当转子加速到速度接近同步转速 的时候，转子永磁磁场与定子旋转磁场的转速接近相等，定子旋转磁场速度稍大于转子永磁磁场，它们相互作用 产生转矩将转子牵入到同步运行状态。在同步运行状态下，转子绕组内不再产生电流。此时转子上只有永磁体产 生磁场，它与定子旋转磁场相互作用，产生驱动转矩。由此可知，永磁同步电动机是靠转子绕组的异步转矩实现 启动的。启动完成后，转子绕组不再起作用，由永磁体和定子绕组产生的磁场相互作用产生驱动转矩。
·
感谢观看Biblioteka 永磁同步电动机工业设备01 分类
永磁同步电动机技术
9－转子铁心
11—风罩 15－专用变频驱
12－位置、速度传感器 动器
13，14－电缆
永磁同步电动机的转子结构
表面式转子磁路结
构
1
）
凸
出
式
1．表面凸出式 结构简单、制造成本较低、转动惯量小等优点， 在矩形波永磁同步电动机和恒功率运行范围不宽的正弦波永磁 同步电动机中得到了广泛应用。此外，表面凸出式转子结构中 的永磁磁极易于实现最优设计，使之成为能使电动机气隙磁密 波形趋近于正弦波的磁极形状，可显著提高电动机乃至整个传 动系统的性能。 2．表面插入式 可充分利用转子磁路的不对称性所产生的磁阻 转矩，提高电动机的功率密度，动态性能较凸出式有所改善， 制造工艺也较简单，常被某些调速永磁同步电动机所采用。但 漏磁系数和制造成本都较凸出式大。
永磁同步电动机分类
永磁同步电动机分类方法比较多：按工作主磁场方向 的不同，可分为径向磁场式和轴向磁场式；按电枢绕 组位置的不同，可分为内转子式(常规式)和外转子式； 按转子上有无起动绕组，可分为无起动绕组的电动机 ( 用于变频器供电的场合，利用频率的逐步升高而起 动，并随着频率的改变而调节转速，常称为调速永磁 同步电动机 )和有起动绕组的电动机(既可用于调速运 行又可在某一频率和电压下利用起动绕组所产生的异 步转矩起动，常称为异步起动永磁同步电动机 ) ；按 供电电流波形的不同，可分为矩形波永磁同步电动机 和正弦波永磁同步电动机 (简称永磁同步电动机 )。异 步起动永磁同步电动机用于频率可调的传动系统时，
为了保证永磁电机的电气性能不发
生变化，能长期可靠地运行，要求 永磁材料的磁性能保持稳定。通常 用永磁材料的磁性能随环境、温度 和时间的变化率来表示其稳定性， 主要包括热稳定性、磁稳定性、化 学稳定性和时间稳定性。
永磁同步电动机原理与分析
永磁同步电动机原理与分析
永磁同步电动机（Permanent Magnet Synchronous Motor，简称PMSM）是一种采用永磁体作为励磁源的同步电动机，相比传统的感应电动机具有更高的效率、功率密度和响应性能。
以下将对永磁同步电动机的工作原理和分析进行详细介绍。
一、永磁同步电动机的工作原理
1.定子部分：定子是由绕组、磁极和铁芯组成的。
绕组通过接通电源来产生定子磁场，绕组中的电流按照一定的规律进行调节，使得磁极之间的磁场呈现为正弦波形。
2.转子部分：转子是由永磁体和铁芯组成的。
永磁体可以为硬磁性材料，通过其产生一个固定的磁场，与定子的磁场相互作用，产生转矩。
当定子的绕组通电时，定子的磁场是旋转磁场，与转子的磁场相互作用，产生转矩。
由于转子的磁场是由永磁体提供的，所以称之为永磁同步电动机。
二、永磁同步电动机的分析
对于永磁同步电动机的分析，主要包括电磁特性分析和运动特性分析两个方面。
1.电磁特性分析：
2.运动特性分析：
运动特性分析还包括转矩与转速之间的关系。
转矩大小与永磁体和定子磁场之间的相对位置有关，当两者之间的磁场相互作用达到最大时，产生的转矩也会达到最大。
此外，还需要对永磁同步电动机进行电磁特性计算、变磁链接计算以及功率因数的分析，来进一步了解电机的性能特点。
总结：
永磁同步电动机是一种采用永磁体作为励磁源的同步电动机，具有高效率、功率密度和响应性能等特点。
其工作原理是通过定子磁场和转子磁场之间的相互作用来产生电磁转矩。
在分析方面，需要对电磁特性和运动特性进行分析，以了解电机的性能特点。
永磁同步电机PPT课件
永磁同步电动机的转子磁路结构
1. 表面式转子磁路结构 2. 内置式转子磁路结构 3. 爪极式转子磁路结构 4. 隔磁措施
2、内置式转子磁路结构
永磁体位于转子内部，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，极靴中可以放置铸铝 笼或铜条笼，起阻尼或(和)起动作用，动、稳态性能 好，广泛用于要求有异步起动能力或动态性能高的永 磁同步电动机。内置式转子内的永磁体受到极靴的保 护，其转子磁路结构的不对称性所产生的磁阻转矩也 有助于提高电动机的过载能力和功率密度，而且易于
永磁同步电动机
主磁场方向不同：径向磁场式和轴向磁场式。
电枢绕组位置：内转子式（常规式）和外转 子式。
转子有无起动绕组：无起动绕组电动机（常 称为调速永磁同步电动机）和有起动绕组电 动机（常称为异步起动永磁同步电动机）。
供电电流波形：可分为矩形波永磁同步电动 机（简称为无刷直流电动机）和正弦波永磁 同步电动机（简称为永磁同步电动机）。
1. 表面式转子磁路结构 2. 内置式转子磁路结构 3. 爪极式转子磁路结构 4. 隔磁措施
3、爪极式转子磁路结构
1—左法兰盘 2—圆环形永磁体 3—右法兰盘 4—非磁性转轴
3、爪极式转子磁路结构
左右法兰盘的爪数相同，且两者的爪极互相 错开，沿圆周均匀分布，永磁体轴向充磁，因 而左右法兰盎的爪极分别形成极性相异，相互 错开的永磁同步电动机的磁极。爪极式转子结 构永磁同步电动机的性能较低，又不具备异步 起动能力，但结构和工艺较为简单。
1、表面式转子磁路结构
插入式转子结构使用特点
这种结构可充分利用转子磁路的不对称性 所产生的磁阻转矩，提高电动机的功率密度， 动态性能较凸出式有所改善，制造工艺也较简 单，常被某些调速永磁同步电动机所采用。但 漏磁系数和制造成本都较凸出式大。
【国家自然科学基金】_永磁同步直线电动机_基金支持热词逐年推荐_【万方软件创新助手】_20140802
推荐指数 6 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2009年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52
2010年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52
2012年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49
科研热词 推荐指数 永磁直线同步电动机 6 数控机床 4 磁悬浮 3 鲁棒性能 1 高频噪声 1 零相位误差跟踪控制 1 重复控制器 1 重复控制 1 迭代学习控制 1 输入输出解耦 1 跟踪误差估计 1 跟踪误差 1 误差补偿 1 虚位移 1 自适应滑模控制 1 自适应因子 1 脉宽调制 1 结构优化 1 精密定位 1 粒子群优化 1 磁悬浮永磁直线电动机 1 磁悬浮永磁直线同步电动机 1 相位滞后 1 直接驱动 1 电压空间矢量 1 永磁直线电动机 1 永磁直线同步电动机(pmlsm) 1 永磁同步直线电动机 1 模糊控制 1 有限元方法 1 有限元分析 1 无摩擦进给 1 斜极 1 收敛速度 1 收敛条件 1 悬浮子系统 1 延迟补偿 1 差分进化 1 周期性输入 1 周期信号 1 参数变化 1 分段设计 1 低速 1 低通滤波器 1 伪微分反馈前馈控制 1 优化设计 1 三维有限元分析 1 h∞鲁棒控制器 1 h∞最优控制 1
永磁同步电动机主要参数
要充分使用好一台永磁同步电动机，发挥其最大使用功率，一般需要了解的主要参数包括额定电流、额定电压、额定转速、额定频率、磁极数、磁极位置(需要与旋转编码器配合)、反向电势、空载电流、定子电阻、电子电感等。
而需要重新测定的参数主要有定子电阻、定子电感、空载电流、反向电势和磁极位置。
1.额定电流每一台电动机都标有额定电流。
在工作时，工作电流不应超过额定电流，超过额定电流，会损坏电动机;工作电流也不应太低于额定电流，造成大马拉小车的浪费现象。
根据抽油机工作特点，电动机工作电流应在70%一100%额定电流范围内最为合适。
额定电流就是电机在允许的温度、海拔和安装条件下正常工作时所允许长期通过的最大电流。
对于一个三相5KW的电动机，额定电流指的是总电流还是单相得电流？即这个电动机的额定电流是5KW/380V=13A还是5KW/380V/3=4.3A?三相电动机的额定电流指的是电机电源引入线的线电流，对于星型接法的电动机，线电流就等于相电流，对于三角形接法的电动机，线电流等于根号3倍的相电流。
额定电流计算公式：Ie=P/（√3U*η*COSφ）P--电动机额定功率；U--电动机线电压；η--电动机满载时效率；COSφ---电动机满载时功率因数。
目前国产电动机无5kW这个规格，与之最接近的是5.5kW，以Y系列5.5kW 2极电机为例，η=85.5%，COSφ=0.88 则该电动机的额定电流为：Ie=5.5*1000/(√3*380*0.855*0.88)=11.1（A）2.堵转电流将电机轴固定不使其转动，通电，这时候的电流就是堵转电流，一般的交流电机，包括调频电机，是不允许堵转的。
由交流电机的外特性曲线，交流电机在堵转时，会产生“颠覆电流”烧电机。
堵转电流的字面意义很清楚，但大电机的实际测量不可能在额定电压下进行，所以派生出各种不同的实验方法测量后换算，有降压的，如用100V，或其它值，如用额定电流的，等等。
堵转电流是把电动机转子固定住送100V的电压所产生的电流，启动电流是电机在刚一起动瞬间所产生的电流。
永磁体同步电机
永磁体同步电机是一种电动机，其特点是使用永磁体来产生磁场，而不是传统的励磁绕组。
这种电动机具有结构简单、体积小、效率高、功率因数高等优点。
永磁同步电机已经在多个行业中得到广泛应用，如冶金、陶瓷、橡胶、石油和纺织等行业的中、低压电动机。
永磁同步电机的运行原理与普通电励磁同步电机相同，但由于使用了永磁体进行励磁，使得电动机结构更为简单，降低了加工和装配费用，同时还省去了容易出现问题的集电环和电刷，提高了电动机运行的可靠性。
此外，由于无需励磁电流，没有励磁损耗，从而提高了电动机的工作效率。
永磁同步电机的主要部件包括转子、定子和端盖等。
其中，转子是电机的主要旋转部分，包括永磁体、转子铁芯和轴承等；而定子是电机的固定部分，通常包括定子绕组和定子铁芯等。
总之，永磁同步电机是一种高效、可靠的电动机，具有广泛的应用前景。
随着技术的不断进步和应用需求的不断增长，永磁同步电机在未来仍将不断发展壮大。
永磁同步电机简介PPT课件
4. 永磁同步电机的热点问题研究
（1）无传感器控制技术及各种先进智能控制 位置传感器的存在，增加了系统复杂度和成本，降低系统的鲁 棒性。难点是初始转子位置的准确性。 应于中高速运行的无传感器控制技术主要有： ●定子磁链估计法 ●模型参考自适应法 ●状态观测器法 ●滑模变结构法 ●神经网络辨识法 ●扩展卡尔曼滤波法 ●检测电机相电感变化的位置估计法
•6
永磁同步电机的特点
（1）永磁同步电机有高功率密度，与相同功率的感应电机相 比体积小，重量轻；
（2）具有小转动惯量，易于应用对电机驱动系统要求较高的 动态响应领域；
（3）与绕线式感应电机相比无滑环和电刷，可靠性提高，更 易应用于高速场合；
（4）与感应电机相比，永磁电机的转子激励不是靠感应线圈， 而是由固定的永磁铁实现的，且无直接电能消耗，电机效率 提高。
•15
5. 永磁同步电机的发展趋势
（1）大功率，高转速，高转矩，高效率，质量轻 （2）轻型化，微型化，高功能化，专业化 （3）动力传动一体化的电机驱动系统 （4）高性能，高档永磁同步电机伺服系统
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•11
（3）自适应控制 优点：无需精确的控制对象，无需进行参数估计； 缺点：在线辨识和校正的时间比较长，对一些变化较快的 伺服系统，达不到理想控制效果。 （4）模糊控制 优点：无需精确数学模型，鲁棒性强，适用于解决非线性， 时变系统的问题； 缺点：难以达到较高的控制精度，其本身很难消除稳态误 差。 （5）神经网络控制 优点：可以很好改善控制系统的稳定性和鲁棒性； 缺点：算法很复杂，多用于仿真实验。
•3
永磁同步电机的分类
转子磁铁
定子Байду номын сангаас组
•4
• PMSM按转子永磁体的结构可分为两种 （1）表面贴装式（SM-PMSM）
永磁同步电动机的原理与结构详解
永磁同步电动机的原理与结构详解来源 |防爆云平台近些年永磁同步电动机得到较快发展，其特点是功率因数⾼、效率⾼，在许多场合开始逐步取代最常⽤的交流异步电机，其中异步启动永磁同步电动机的性能优越，是⼀种很有前途的节能电机。
永磁同步电动机永磁同步电动机的定⼦永磁同步电动机的定⼦结构与⼯作原理与交流异步电动机⼀样，多为4极形式。
图1是安装在机座内的定⼦铁芯，有24个槽。
图1—定⼦铁芯与机座电机绕组按3相4极布置，采⽤单层链式绕组，通电产⽣4极旋转磁场。
图2是有线圈绕组的定⼦⽰意图。
图2--同步电动机定⼦绕组永磁同步电动机的转⼦永磁同步电动机与普通异步电动机的不同是转⼦结构，转⼦上安装有永磁体磁极，永磁体在转⼦中的布置位置有多种，下⾯介绍⼏种主要形式。
永磁体转⼦铁芯仍需⽤硅钢⽚叠成，因为永磁同步电动机基本都采⽤逆变器电源驱动，即使产⽣正弦波的变频器输出都含有⾼频谐波，若⽤整体钢材会产⽣涡流损耗。
第⼀种形式：图3左图就是⼀个安装有永磁体磁极的转⼦，永磁体磁极安装在转⼦铁芯圆周表⾯上，称为表⾯凸出式永磁转⼦。
磁极的极性与磁通⾛向见图3右图，这是⼀个4极转⼦。
图3--表⾯凸出式永磁转⼦根据磁阻最⼩原理，也就是磁通总是沿磁阻最⼩的路径闭合，利⽤磁引⼒拉动转⼦旋转，于是永磁转⼦就会跟随定⼦产⽣的旋转磁场同步旋转。
第⼆种形式：图4中，左图是另⼀种安装有永磁体磁极的转⼦，永磁体磁极嵌装在转⼦铁芯表⾯，称为表⾯嵌⼊式永磁转⼦。
磁极的极性与磁通⾛向见图4右图，这也是⼀个4极转⼦。
图4--表⾯嵌⼊式永磁转⼦第三种形式：在较⼤的电机⽤得较多是在转⼦内部嵌⼊永磁体，称为内埋式永磁转⼦（或称为内置式永磁转⼦或内嵌式永磁转⼦），永磁体嵌装在转⼦铁芯内部，铁芯内开有安装永磁体的槽，永磁体的布置主要⽅式见图5。
在每⼀种形式中⼜有采⽤多层永磁体进⾏组合的⽅式。
图5--内埋式永磁转⼦的形式下⾯就径向式布置的转⼦为例做介绍。
图6是转⼦铁芯，为防⽌永磁体磁通短路，在转⼦铁芯还开有隔磁空槽，槽内也可填充隔磁材料。
永磁同步电动机原理
永磁同步电动机原理
永磁同步电动机是一种使用磁场互作用来产生机械转动的电动机。
它由一个固定的外部磁场和一个旋转的内部磁场组成。
首先，永磁同步电动机的外部磁场由永久磁铁或永磁体产生，这种磁场在空间中保持不变。
而内部磁场则通过将电流通入电动机的转子中来产生。
内部磁场的产生是通过电流产生的磁场与外部磁场相互作用而实现的。
当电流通过转子绕组时，产生的磁场会与外部磁场相互作用。
由于外部磁场是恒定的，转子绕组的磁场会以同步的速度旋转。
这样，转子就会跟随磁场的旋转而实现机械转动。
为了实现持续的机械转动，永磁同步电动机必须通过控制电流的频率和相位来确保内部磁场与外部磁场始终保持同步。
这通常是通过电机驱动系统中的电子控制器实现的。
总的来说，永磁同步电动机利用外部磁场和内部磁场之间的相互作用来产生机械转动。
通过控制电流的频率和相位，可以使内部磁场与外部磁场始终保持同步，从而实现稳定的机械运动。
永磁电机的工作原理
永磁电机的工作原理永磁电机是一种常见的电动机类型，它利用永磁体产生的磁场与电流产生的磁场相互作用，从而产生转矩，驱动机械运动。
下面将详细介绍永磁电机的工作原理。
1. 磁场产生永磁电机中的永磁体通常采用稀土永磁材料，如钕铁硼或钴磁铁等。
这些材料具有较高的磁导率和矫顽力，能够产生强大的磁场。
永磁体通常被制成圆柱形或矩形，并通过磁化处理，使其在磁化方向上具有较高的磁感应强度。
2. 定子和转子永磁电机由定子和转子两部分组成。
定子是静止不动的部分，通常由铁心和绕组构成。
转子则是旋转的部分，通常由轴和磁极组成。
磁极可以是永磁体，也可以是通过电流激励的电磁铁。
3. 磁场与电流相互作用当电流通过定子绕组时，根据安培定律，会在绕组周围产生磁场。
这个磁场与永磁体产生的磁场相互作用，产生转矩。
根据洛伦兹力的作用方向，电流方向与磁场方向之间存在右手定则，即当右手握住绕组，大拇指指向电流方向，其他四指指向磁场方向，手掌所在的方向即为转矩的方向。
4. 转矩和转速根据电磁学原理，转矩与磁场的乘积成正比，也与电流的大小成正比。
因此，增加电流可以增加转矩。
另外，转矩还与转子磁极的数量和磁极之间的间隙有关。
增加磁极数量和减小间隙可以增加转矩。
转速则由输入电压和负载特性决定。
5. 控制方法永磁电机的转速可以通过调节输入电压和电流来控制。
通常采用调制技术，如脉宽调制（PWM）来实现精确的转速控制。
此外，还可以通过改变磁极的数量和位置，调整磁场分布，从而实现不同转速和转矩的要求。
6. 应用领域永磁电机由于其高效率、高转矩和小体积等特点，广泛应用于各个领域。
例如，工业领域中的机床、风力发电机组、泵和压缩机等；交通领域中的电动汽车、混合动力汽车和电动自行车等；家用电器领域中的洗衣机、冰箱和空调等。
总结：永磁电机利用永磁体产生的磁场与电流产生的磁场相互作用，从而产生转矩，驱动机械运动。
通过调节输入电压和电流，可以实现精确的转速控制。
永磁电机具有高效率、高转矩和小体积等优点，被广泛应用于工业、交通和家用电器等领域。
永磁电机 ppt课件
BLDC电机
图1-5 如此不断改变两头螺线管的电流方向，内转子就会不停转起来了。改变 电流方向的这一动作，就叫做换相（commutation）。注意：何时换相只与 转子的位置有关，而与转速无关。 以上是两相两级无刷电机的工作原理，，下面我们来看三相两极无刷电 机的构造。
直流无刷电机 基本原理
BLDC电机
在了解永磁电机之前，为便于理解永磁电机 工作的基本原理，我们先简要回顾一下电磁感应 方面的一些基本理论及我们比较熟悉的普通三相 异步电动机和单相异步电动机与直流电机的基本 工作原理。通过对比分析，有助于我们快速的掌 握永磁电机的基本工作原理。首先，来了解一下 电磁感应方面的一些基础知识。
即：B=
F IL
B：均匀磁场的磁感强度（T） F：通电导体受到的电磁力（N） I：导体中的电流强度（A） L：导体在磁场中的有效长度（m）
9
3、一匝匝数为N的线圈在磁场中，若与线圈交链
的磁通Φ发生变化，则线圈上会感应出电动势e,称为 电磁感应, e的正方向与Φ符合右手螺旋定则。
E=-N△φ/△t
上式的含义是指，电磁感应的电动势与线圈匝数和磁通的变化率成正比。 负号是指在感应电动势作用下而在线圈里产生的感应电流所产生的Φ′将 逆着Φ变化。
空间对称嵌放。起动绕阻与电容C串联，使起动绕组
电流i2和工作绕组电流i1产生90°的相位差，即：
C i2
i i1 i2 i1
A
A
A
ωt Y
BY
BY
B
M
0 45°90°
360°
1～
X
X
X
(a) 电路图
(b) 波形图
t 0 t90 t180
加入起动绕组后，和工作绕组并联连接于单相交流电源上。
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1
1. 概 述
• 永磁同步电动机的运行原理与电励磁同步电
动机相同，但它以永磁体提供的磁通替代后
者的励磁绕组励磁，使电动机结构较为简单，
降低了加工和装配费用，且省去了容易出问
题的集电环和电刷，提高了电动机运行的可
靠性；又因无需励磁电流，省去了励磁损耗，
提高了电动机的效率和功率密度。因而它是
复杂，制造成本也比较高。图a是由德国西门子
公司发明的混合式转子磁路结构，需采用非磁
性转轴或采用隔磁铜套，主要应用于采用剩磁
密度较低的铁氧体永磁的永磁同步电动机。需
指出的是，这种结构的径向部分永磁体磁化方
向长度约是切向部分永磁体磁化方向长度的一
半。图b、c是由径向式结构衍生来的两种混合
பைடு நூலகம்式转子磁路结构。其永磁体的径向部分与切向
l－转轴 2－轴承 3－端差 4－定子绕组 5－机座 6－定子铁心 7－转子铁心 8－永磁体 9－起动笼 10—风扇 11—风罩
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4
(2) 永磁直流无刷电动机结构示意图
l－转轴 2－前端差 3－螺钉 4－调整垫片 5－轴承 6－定子组件 7－永磁转子组件 8－位置传感器转子 9－后端差 10—位置传感器定子
部分的磁化方向长度相等，也采取隔磁磁桥隔
磁。
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5. 永磁同步电动机的定子结构
• 对于高速的永磁同步电动机，极对数少，绕组 形式与普通交流电机的定子一样。但为了比较 方便的放置永磁体，一般多为多极电机。6 极 的居多。
• 定子绕组一般为双层短距绕组。
• 为了改善电动势波形也有采用分数槽绕组。
• 为了消除永磁齿磁导转矩，有时定子铁心斜一 个定子槽。
1．径向式结构 优点是漏磁系数小、转轴上不需采取 隔磁措施、极弧系数易于控制、转子冲片机械强度高、 安装永磁体后转子不易变形等。永磁体轴向插入永磁 体槽并通过隔磁磁桥限制漏磁通，结构简单，运行可 靠，转子机械强度高，因而h 近年来应用较为广泛 10
4.3 内置切向式转子磁路结构
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11
2．切向式结构 这类结构的漏磁系数较大，
同步电动机)和有起动绕组的电动机(既可用于调速运行 又可在某一频率和电压下利用起动绕组所产生的异步转
矩起动，常称为异步起动永磁同步电动机)；④按供电电 流波形的不同，可分为矩形波永磁同步电动机和正弦波
永磁同步电动机(简称永磁同h 步电动机)。
3
3. 永磁同步电动机的总体结构
(1) 高效永磁同步电动机结构示意图
h
17
永磁同步电动机空载气隙磁密波形（计算出）
1—气隙磁密，2—基波，3—h 3次谐波，4—5次谐波18
实测永磁同步电动机空载气隙磁密波形
• 永磁同步电动机的空载气隙磁密波形基本上为一平
顶波，与感应电动机的气隙磁密波形相差较大，而
与直流电机的空载气隙磁h密波形相似。
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6. 低速永磁同步电动机的定子结构
这对充分利用磁阻转矩，提高电动机功率密度
和扩展电动机的恒功率运行范围都是很有利的.
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•
h
13
4.4 内置混合式转子磁路结构
1-转轴 2-隔磁磁桥 h 3-永磁体 4-鼠笼条14
4.4 内置混合式转子磁路结构（续）
h
15
• 3. 混合式结构 这类结构集中了径向式和切向
式转子结构的优点，但其结构和制造工艺均较
近年来研究得较多并在各个领域中得到越来
越广泛应用的一种电动机。
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2
2. 永磁同步电动机分类
永磁同步电动机分类方法比较多：①按工作主磁场方向
的不同，可分为径向磁场式和轴向磁场式； ②按电枢绕
组位置的不同，可分为内转子式(常规式)和外转子式；
③按转子上有无起动(阻尼)绕组，可分为无起动绕组的
电动机(用于变频器供电的场合，利用频率的逐步升高而 起动，并随着频率的改变而调节转速，常称为调速永磁
h
5
(3) 调速永磁同步电动机结构示意图
l－转轴 2－轴承 3－端差 4－定子绕组 5－机座 6－定子铁心 7，8－永磁体 9－转子铁心 10—风扇 11—风罩 12－位置、速度传感器 13，14－电缆 15－专用变频驱动器
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6
4. 永磁同步电动机的转子结构
4. 1 表面式转子磁路结构
1） 凸出式
并且需采用相应的隔磁措施，电动机的制造工
艺和制造成本较径向式结构有所增加。其优点
在于一个极距下的磁通由相临两个磁极并联提
供，可得到更大的每极磁通。尤其当电动机极
数较多、径向式结构不能提供足够的每极磁通
时，这种结构的优势便显得更为突出。此外，
采用切向式转子结构的永磁同步电动机的磁阻
转矩在电动机总电磁转矩中的比例可达40％，
• 2．表面插入式 可充分利用转子磁路的不对称
性所产生的磁阻转矩，提高电动机的功率密度，
动态性能较凸出式有所改善，制造工艺也较简
单，常被某些调速永磁同步电动机所采用。但
漏磁系数和制造成本都较h 凸出式大。
8
4.2 内置径向式转子磁路结构
转轴
隔磁磁桥 h
永磁体 9
内置结构式转子的永磁体位于转子内部，永磁体外 表面与定子铁心内圆之间(对外转子磁路结构则为永 磁体内表面与转子铁心外圆之间)有铁磁物质制成的 极靴，极靴中可以放置铸铝笼或铜条笼，起阻尼或 (和)起动作用，动、稳态性能好，广泛用于要求有异 步起动能力或动态性能高的永磁同步电动机。内置式 转子内的永磁体受到极靴的保护，其转子磁路结构的 不对称性所产生的磁阻转矩也有助于提高电动机的过 裁能力和功率密度，而且易于“弱磁”扩速。
和磁动势波形，
绕组的端部长。
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21
4. 特殊分数槽绕组
q 1 3 这种
对于低速永磁同步 电动机，极对数多，则 定子槽数相对较少。每 极每相导体数 q 少。绕 组设计比较讲究。
1. 普通双层短距绕组
波形不好；永磁齿
磁导磁阻转矩大；
绕组端部长,不经济
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2. 集中绕组
一对极下放置三 相集中绕组，绕 组基波系数低， 电机性能差。
3. 普通分数槽绕组
q 1 的分数槽绕
组可以改善电动势
2）插入式
1－永磁体 2－转子h 铁心 3－转轴
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• 1．表面凸出式 结构简单、制造成本较低、转 动惯量小等优点，在矩形波永磁同步电动机和 恒功率运行范围不宽的正弦波永磁同步电动机 中得到了广泛应用。此外，表面凸出式转子结 构中的永磁磁极易于实现最优设计，使之成为 能使电动机气隙磁密波形趋近于正弦波的磁极 形状，可显著提高电动机乃至整个传动系统的 性能。