永磁同步电机（PMSM）的转子结构剖析

永磁同步电机的转子包括永磁体、转子铁芯、转轴、轴承等。

具体来说，根据永磁体在转子铁芯中的位置可以分为表面式和内置式PMSM。

其中表面式PMSM转子结构又分为：表贴式和插入式。

内置式PMSM转子磁路结构分为：径向式、切向式和混合式。

一，首先，介绍一下表面式PMSM。如下图中的PMSM极对数为2，分别为表贴式和内置式。

表贴式

内置式

 

在下面的这幅图中已经标出了两种表面式转子的d轴线与q轴线的位置，d轴线与电动机的转子磁极所在的轴线重合，q轴线超前d轴90电角度，即相邻两个磁极的集合中性轴线。由于在不同转子中的磁极对数不一样，所以q轴与d轴之间的机械角度差时不同的，但是电角度的差都是90度。

接下来说一说这种结构的转子的特点：

对于这种表面式的转子结构,永磁体贴在转子圆形铁芯外侧，由于永磁体材料磁导率与气隙磁导率接近，即相对磁导率接近1，其有效气隙长度是气隙和径向永磁体厚度总和；交直轴磁路基本对称，电动机的凸极率ρ=Lq/Ld≈1，所以表面式PMSM是典型的隐极电动机，无凸极效应和磁阻转矩；该类电动机交、直轴磁路的等效气隙都很大，所以电枢反应比较小，弱磁能力较差，其恒功率弱磁运行范围通常较小。由于永磁体直接暴露在气隙磁场中，因而容易退磁，弱磁能力受到限制。由于制造工艺简单、成本低，应用较广泛，尤其适宜于方波式永磁电动机。

 

二，内置式PMSM，顾名思义永磁体埋于转子铁芯内部，其表面与气隙之间有铁磁物质的极靴保护，永磁体受到极靴的保护。其结构如下图：

对于内置式PMSM其q轴的电感大于d轴的电感，有利于弱磁升速，由于永磁体埋于转子铁芯内部，转子结构更加牢固，易于提高电动机高速旋转的安全性。如图所示

内置式PMSM转子磁路结构包括径向式、切向式和混合式。

其中径向式转子磁路如上图第一张，永磁体置于转子的内部，适用于高速运行场合；有效气隙较小，d轴和q轴的电枢反应电抗较大，从而存在较大的弱磁升速空间。另外，d轴的等效气隙较q轴等效气隙更大，所以电动机的凸极率ρ=Lq/Ld>1。转子交、直轴磁路不对称的凸极效应所产生的磁阻转矩有助于提高电动机的功率密度和过载能力，而且易于弱磁扩速，提高电动机的恒功率运行范围。

对于切向式的IPM的转子磁路结构，相邻两个磁极并联提供一个极距下的磁通。所以可以得到更大的每极磁通。当电动机的极对数较多时，该结构更加突出。采用切向式结构电动机的磁阻转矩在电动机的总电磁转矩中的比例可达40%。

 

径向式结构的PMSM漏磁系数较小，不需要采取隔离措施，极弧系数易于控制，转子强度高，永磁体不易变形。切向式结构的PMSM漏磁系数大，需要采取隔离措施，每极磁通大，极数多，磁阻转矩大。

此外，还有混合式结构的PMSM，它结合了径向式和切向式的优点，但结构和工艺复杂，成本高。

 

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