[自然科学]4-永磁同步电动机基础

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
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.
h
12
•
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
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
h
11
2．切向式结构 这类结构的漏磁系数较大，
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
h
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
和磁动势波形，
绕组的端部长。
h
21
Baidu Nhomakorabea
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
h
20
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
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。
h
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
2）插入式
1－永磁体 2－转子h 铁心 3－转轴
7
• 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。
部分的磁化方向长度相等，也采取隔磁磁桥隔
磁。
h
16
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。
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
h
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
第四部分 永磁同步电动机
h
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
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。
19
6. 低速永磁同步电动机的定子结构
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％，
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
式转子磁路结构。其永磁体的径向部分与切向