永磁同步电机技术

永磁同步电动机主要由电机外壳、定子铁芯和定子绕组、转子与永磁体、电机引线、信号检测器、检测器引线等组成。定子与传统同步电机相同，转子采用径向永久磁铁做成的磁极，转子上粘有铷铁硼磁钢。转子与旋转磁场同步旋转，旋转磁场的速度取决于电源频率。与多相交流同步电动机和感应电动机类似，永磁同步电动机产生理想的恒转矩或称平稳转矩。

 永磁同步电动机的原理   

永磁同步电动机的工作原理如下图所示。电机的转子为永久磁铁，定子铁芯上饶有线圈绕组对于双绕组同步电动机当定子的A、B相电流的方向改变时，定子的A、B相的磁场方向改变，因此永久磁铁就可以旋转。对于三相绕组永磁同步电动机，转子的永久磁铁NS极沿圆周方向交替排列，定子线圈绕组呈下图所示等角度排列，当对定子绕组顺序通电，定子可以看做是以速度n旋转的磁场。电动机运行时，通过改变定子的绕组电流方向和通电时间，始终保持转子磁针附近的定子磁极与转子磁针磁极相反，使转子像磁针在旋转磁场中旋转一样，随着定子的旋转磁场同步旋转。

永磁同步电机的转子   

转子是永磁同步电机最为关键的部件之一永磁体在转子上的安装位置有表面式(突出式和插入式)和内置式。

表面凸出式SMPM(surface mounted permanent motor)其特点是具有结构简单、制造成本低、转动惯量小、动态响应快、转矩脉动低等优点。但由于弱磁调速范围小，功率密度低。

表面插入式结构IPM(insert permanent magnet)特点是可充分利用转子磁路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，制造工艺也较简单但满磁系数和制造成本都大。

内置式IPM(interior permanent motor)，内置式永磁同步电动机也称为混合式永磁同步电动机。该电动机在永磁转矩的基础上器加了磁阳转钜。碰阳转钜的存在右助干提准电动机的过载能力和功率密度，而且易于弱磁调速，扩大恒功率范围运行。内置式结构的永磁体位于转子内部，按永磁体磁化方向与转子旋转方向的相互关系，内置式磁路结构有分为径向式，切向式和混合式三种。

永磁同步电动机的工作原理   

永磁同步申动机的定子通堂称为三相对称绕组，产生的旅转磁场的角速度w与申动机的磁极对数P成反比，与电源频率成正比，即w=2xf/p其中p为电动机磁极对数、工作时，旋转磁场与已充磁的磁极作用，带动转子与旋转磁场同步旋转并力图使定子转子磁场轴线对齐。当外加负载转知以后，转子磁场轴线将落后定子磁场轴线一个0功密角，负载越大，0角也越大，直到一个极限角度0m，电动机失步为止。

永磁同步电动机的特点   

永磁同步电动机因应用永磁体，所以不用励磁，从而省去了励磁功率。永磁同步电动机同步运转时，转子既无能耗又无铁损，因而效率提高，损耗降低，无功功率很小，其功率因数0.95以上。其主要特点可归纳为如下几个方面:

高效节能、功率因数高。永磁同步电动机以其他电动机一般效率达到95%以上，比Y系列异步电动机提高10%~15%。因永磁同步电动机没有励磁功率，无功损耗很小，功率因>0.95~0.99，接近与1系统综合节电明显。

效率曲线平直。永磁同步电动机效率曲线好，负载在1/4时效率仍能达到92%以上。

结构简单，便于维护。以一般异步电动机相同，主要有定子、转子、机壳构成，无滑环、无电刷、结构简单、寿命长、维护方便。

调速精度高。永磁同步电动机的转速完全与频率同步，不受电源电压和负载变化的影响，在任何情况下永磁同步电动机的转速与同步转速的误差都不大于0.25r/min，如果超过5r/min就进入失步状态。   

永磁同步电动机驱动   

日产公司的英菲尼迪混动动力汽车采用的永磁同步电动机的驱动电路如下图所示。该电机采用三相定子绕组，需要通过三相交流电在定子绕组中产生旋转磁场，驱动永磁转子与旋转磁场做同步运转。这个任务由控制器发出的脉宽信号按照一定的规律控制功率开关元件实现。电动机控制器根据解析器和电流传感器的反馈信号调节脉宽信号，改变定子绕组的供电频率和电流，以满足车速和转矩的需求。