永磁同步电机（PMSM）学习

永磁同步电机（PMSM）基础知识1、结构2、工作原理内置式永磁同步电机（IPMSM）根据定子绕组不同可以分为集中式绕组分布式绕组根据转子结构不同可以分为表面式永磁同步电机磁阻式同步电机内置式永磁同步电机

永磁同步电机（PMSM）基础知识

1、结构

永磁体提供励磁（励磁：电机工作所依靠的磁场），无电刷，不需要励磁电流；永磁同步电机主要由定子、转子和端盖等部件构成；定子由叠片叠压而成以减少电动机运行时产生的铁耗，其中装有三相交流绕组，称作电枢。定子绕组，围绕着 定子铁芯进行环绕，通过控制定子绕组的输入电流的频率，可以控制磁场旋转频率，进而控制转速。转子可以制成实心的形式，也可以由叠片压制而成，其上装有永磁体材料。根据电机转子上永磁材料所处位置的不同，永磁同步电机可以分为表贴式永磁同步电机(SPMSM)与内置式永磁同步电机（IPMSM）两种结构形式

2、工作原理

内置式永磁同步电机（IPMSM）

内置式永磁同步电机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有铁磁物质制成的极靴，可以保护永磁体。这种永磁电机的重要特点是直、交轴的主电感不相等。

现在的电动汽车大多采用，内置式永磁同步电机（IPMSM），笔者着重介绍内置式永磁同步电机；

根据定子绕组不同可以分为

内置式永磁同步电机可分为分布式绕组与集中式绕组两类；

集中式绕组

集中式绕组：定子作用产生一个旋转的磁场，定子本身不转动但是可以产生一个旋转的磁场，如下图，有六个线圈，线圈A、B、C分别对于三相交流电A、B、C相，且A与B、B与C、C与A均相位差120° ，t1时刻A相没有电，线圈A不产生磁场，B、C相有电，线圈B、C产生磁场，合成磁场方向如图中1，t2时刻C相没有电，线圈C不产生磁场，A、B相有电，线圈A、B产生磁场， 合成磁场方向如图中2，合成磁场方向转动60°，以此类推，图中3时旋转60°，图中4时旋转60°……，图7时正好旋转一周；三相交流电频率越高，旋转周期越短，旋转磁场转速就越快，永磁同步电机工作时定子与转子同步转动，故三相交流电频率越高，电机转速越快

分布式绕组

分布式绕组：三个线圈互成120°，线圈安装在定子的凹槽里面，t1时刻，红色线圈没有电流通过不产生磁场，蓝色与黄色线圈有电流通过，根据右手定则产生如图中I.磁场，黄色导线和这个蓝色导线，电流方向相同，他们合成的磁场如下图第二张照片所示；t2时刻，红、黄、蓝三个线圈都有电，且三个线圈的电流方向相同，他们合成磁场如下图第四张照片，N级和S级都逆时针转了30度，t3时刻蓝色线圈没有电，红色线圈和黄色线圈有电，蓝色导线周围不产生磁场，这两根导线电流方向相同，他们合成磁场如下图第七张照片，t3和t2相比，N级和Ｓ级又逆时针转了30度，以此类推循环往复，可完成一周360°旋转。

根据转子结构不同可以分为

根据转子结构不同可以分为，表面式永磁同步电机与磁阻式永磁同步电机；

表面式永磁同步电机

表面式永磁同步电机，直接将永磁铁贴在转子铁芯上，转子的S级和N级交替分布，旋转磁场磁级和转子磁级呈45°夹角，当旋转磁场的N级顺时针转动时，一方面会将转子的S级向前拉，另一方面会将转子的N级向前推，带动转子转动；电机工作时，电子空单元会始终保持旋转磁场磁极和转子磁极成45°夹角，可以使电机获得最大输出扭矩，电子控制单元还要保证转子和旋转磁场始终同速转动。

优点：电机输出扭矩很大；

缺点：转子转动的时候转子永磁铁的磁场会切割定子线圈，使定子线圈产生反电动式，电机转速越高反电动式越大，反电动式会使电机输出扭矩降低还会使电子线圈发热；

因此表面是永磁同步电机适合车辆起步和低速爬坡但不适合高速巡航。

磁阻式同步电机

磁阻式同步电机，磁阻式同步电机的工作原理：外面这两个是磁铁，里面是铁棒，外面磁铁转动的时候，里面这个铁棒就会跟着转动，铁棒和磁铁同速转动，实际磁阻同步电机的转子不是铁棒，实际磁阻同步电机的转子不是铁棒而是在转子铁芯上刻出这样的槽，槽里面是空气，空气的磁阻大，空气会阻碍磁场通过，因此转子的磁阻很大，转子在下图图片2处时，转子的磁阻很小，磁阻同步电机遵循磁阻最小原则，转子有维持低磁阻状态的趋势，因此当旋转磁场转动时，转子就会跟着转动，以维持最小磁阻。

优点：转子没有永磁铁，不会使定子线圈产生反电动式；

缺点：电机输出扭矩小，同体积条件下，磁阻同步电机输出扭距比表面式永磁同步电机小很多

因此磁阻式同步电机，适合车辆高速行驶，但不适合车辆起步和低速爬坡。

内置式永磁同步电机

可以看作是一种合成电机，将永磁铁放在磁阻式电机的槽里面，因为永磁铁的磁阻也很大，永磁铁的磁阻和空气接近，不会对磁阻式同步电机的特性产生影响。

当车辆起步或爬坡时，控制单元会使旋转磁场磁极和转子的磁极夹角比较大，这时电机输出扭距主要来自永磁同步电机，电机输出扭距很大；当车辆高速巡航时，控制单元会使旋转磁场磁极和转子磁极的夹角变小，这时旋转磁场会使转子用磁铁的磁场减弱，从而减小反向电动式的产生，高转速时定子线圈的反电动式依然会很小，这时电机数数扭距主要来磁阻式同步电机。

参考：/v?vid=14096417885176275694