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永磁无刷直流电机的转子磁路基本结构形式

时间:01-04 17:56 点击:145

永磁无刷直流电机的转子磁路结构有多种。按气隙磁通方向,可分为径向磁路和轴向磁路结构。在径向磁路结构中,按转子与定子相对关系又可分为内转子和外转子结构形式。按永磁体在转子上的安放方式不同,又可分为表面贴装式(以下简称为表點式)永磁体(SMPM)、埋入式永磁体( Inset PM)和内置式永磁体(IPM)。内置式的永磁体完全嵌入在转子铁心内部,所以又称为内嵌式,由于内嵌方式的不同,常见的有径向形、切向形、V形径向等。轴向磁路永磁体(AFPM)结构包括有单片结构和多片结构等。近年出现一种称为横向磁通( Transverse-fiux)新转子结构。此外,还有双电机结构方案。


 永磁直流无刷电动机转子磁路结构形式

永磁无刷直流电机的转子磁路基本结构形式

(a)弧形磁片表贴式  (b)有外套的弧形磁片表贴式  (c)磁环式  (d)面包式  

(e)一半磁片的面包式  (f)埋入式  (g)内置切向式  (h)内置径向式  (i)内置V形径向式


永磁无刷直流电机中,表面贴装式最为常用。在表贴式转子中有多种不同设计。例如,图片中(a)是一种最常见的弧形磁片粘贴在转子铁心表面的结构,磁片内外圆可以采用不同心设计而形成不等宽气隙,使反电动势波形接近正弦波。图片中(d)所示的磁片截面按“面包”形的设计,底部是平的,平面的底部磁片更容易粘贴在转子铁心表面上,并且能够得到接近正弦形气隙磁通密度分布。图片中(e)是对图片中(d)结构的修改,只有使用一半的磁片。安放有相同极性的磁片,其余两个极是凸起的软铁。由于仅使用一半数目的磁片,降低了成本。但是,一片磁片要为两个气隙提供必要的磁通,必须使用较厚的磁片,以避免退磁。图片中(c)所示的磁环转子结构,磁环套人转子轭后进行磁化,其机械的一体性提高了抗离心力能力,黏性磁体材料比较适合采用这样的结构。

 

由于离心力的存在,限制了永磁无刷直流电机转速的提高。内转子结构设计和制造的一个重要问题是如何保持表面贴装磁片避免旋转时脱落,造成事故。在小型电机中,常见方法是使用良好的胶黏剂黏结,更保险的设计是在磁体外面热套非磁性不锈钢套。在较大功率电机转子表面缠绕经环氧树脂浸渍的高强度的玻璃纤维或碳素纤维。

 

外转子的SMPM永磁无刷直流电机与具有相同的电机外部直径的内转子式SMPM永磁无刷直流电机相比较,有更大的气隙直径,由于转矩与气隙直径的二次方成正比,这样,相同输出转矩的外转子式电机,其长度可减少,重量更轻。特别是在中高速电机中,外转子表面贴装式电机提供了独特的优势,转子的外壳结构便于对磁体的离心力防护。此外,外转子结构的高转动惯量非常有效地减少转矩波动。基于这些原因,外转子式永磁无刷直流电机常常得到设计者关注。选用外转子结构往往是因为它适合在某些机械驱动,例如,电动车的轮毂电机或风力发电机,车轮或涡轮的轮教可直接固定到外转子上,使系统更加紧凑。但外转子结构存在一些缺点。在如风机这样的机械应用时,旋转外壳是合适的,但是在其他许多应用时,高速旋转外壳可能构成潜在的危险,此时需要外加一个封闭的机壳或屏蔽盖。另一个缺点是和内转子结构相比,处于电机内部的定子散热较为困难。

 

表贴式的主要优点是比其他转子结构简单,容易生产,成本较低。另外,相同尺寸、相同功率电机按表面贴装设计所用永磁材料比内置式结构要少。这是因为内置式结构总是存在较多的漏磁。表贴式的主要缺点是永久磁铁直接面对电枢反应的退磁,以及在较高转速时需要考虑离心力防护。方波驱动的无刷直流电机大多数采用表贴式结构。

 

埋人入式结构是在表贴式磁片之间有一个铁心的凸起结构。因此,它结合了SMPM的优点又有由于凸起结构产生的附加磁阻转矩。

 

相对于表贴式结构,IPM的明显优势在于对减小电枢反应的退磁和在高速运转时离心力的防护。更重要的是PM结构适用于电机的弱磁控制。由于d轴和q轴磁阻的不同,提供附加的磁阻转矩也不同,可改善电机的恒功率速度范围。避免了表贴式永磁无刷直流电机在高速运行时出现的功率下降。在图片中(g)内置切向式使用条形磁铁。由于磁铁表面积比转子极表面积大得多,这种结构有聚磁作用,增加了气隙磁通密度。低成本铁氧体磁体采用这种结构可使电机性能有效改善。内置式方便使用长方形磁铁便于生产制造。V形可允许在相同极弧尺寸下使用更宽的永磁体,提供更多的磁通量。磁路的聚磁设计使内置式电机提供高转矩转动惯量比和加速能力,这就是为什么紧凑结构的内置式电机常用于伺服系统的缘故。

 

V形永磁体转子结构的缺点是磁桥的存在导致有高的漏磁。此外,V形永磁体转子不是很适合用于极数太多的情况。因为极数越多,放置V形磁铁的地方越少,两个磁铁之间的角度越小,如果磁体之间的角度太小会容易引起饱和。V形结构的另一个缺点是要用较多的磁体,从而增加了生产成本。切向磁化结构并没有磁桥,所以漏磁比较少。它的缺点是如果极数高,需要更多铁心片和磁片,因此增加生产上的困难。

 

内置式还有如W形永磁体转子结构、多层磁体转子结构等多种结构形式。

 

以上内容就是永磁无刷直流电机的转子磁路基本结构形式的简单介绍,希望对您有所帮助!东莞东昊电机有限公司致力于世界工业自动化的发展,生产高性能,高品质永磁无刷直流电机和配套相关驱动器,并提供完善的运动控制技术和服务,为人类创造高效节能的工作环境。


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