永磁同步电动机转子的结构和特点

一般而言，交流永磁同步电动机上分布三相或多组对称绕组。绕组结构与一般同步或感应电动机相同，转子上装有产生永磁励磁磁场的高性能稀土永磁材料。不同转子永磁的安装方式将对电动机磁路产生不同的影响，从而改变电动机的参数。图2-1所示为永磁同步电动机具有代表性的转子结构。

图2-1中，a和b是在转子表面粘贴永久磁铁的表面磁铁结构的同步电动机（简称SPMSM）。图a称为凸出式，即永磁体凸装在转子表面，形状为瓦片形，该几何形状常被使用，另外还有圆套筒形的和扇形的。图b称为插入式，即永磁体嵌于转子表面下。

图c～f是把永久磁铁嵌入转子内部的嵌入磁铁结构的同步电动机（简称IPMSM）。图c称为径向式，即永磁体径向充磁，气隙磁通密度在一定程度上会受到永磁体供磁面积的限制。在某些电动机中，可能要求气隙磁通很高，在这种情况下，可利用另一种结构的永磁转子，如图d所示。图d称为切向式，即它将永磁体横向充磁，为将磁极表面的磁通集中起来，相邻磁极表面的极性应相同（扩大供磁面积），这样可以得到比SPMSM结构更高的气隙磁通。图e和f称为混合式，即它的永磁体既不完全是径向放置，又不完全是横向放置，或者永磁体既有径向充磁的，又有横向充磁的，目的都是更有效地集中磁通。

SPMSM结构可以使转子做得直径小、惯量低，特别是将永磁体直接粘接在转轴上，还可以获得低电感，有利于改善动态性能。正因为如此，图a一直是伺服电动机最常用的结构。IPMSM由于是将永磁体埋装在转子铁心内部，每个永磁体都被铁心所包围，因此机械强度高、高速时无须对转子进行重新加固，且能根据不同需要设计成不同的气隙磁场形式，甚至可采用聚磁结构以提高气隙的有效磁通。

从转子结构产生的磁路分析，图a的磁路属于隐极性特征，因为永磁材料的磁导率十分接近于空气，故而电动机径向的等效气隙基本相同，电动机的交、直轴磁导也基本相等，即λ_d=λ_q，所以电枢绕组的直轴电感量和交轴电感量近似相等。该结构只产生电磁转矩，转矩大小只与永久磁铁与电枢交链的磁链有关。而图b～f的磁路呈凸极特征，由于转子外圆面向定子电枢的气隙不再均匀，故而产生凸极效应，这时直轴和交轴磁路的磁导不再相等，即λ_d≠λ_q。很显然对图b、图c，由于d轴磁路要穿过永磁体才能形成回路，d轴的等效气隙要大于q轴的等效气隙，即有λ_d＜λ_q；而对图d则正好相反，这时有λ_d＞λ_q，对于需要进行恒功率弱磁控制、扩大转速运行范围、提高最高工作转速时，采用此种结构较为适宜。重要的是要认识这种凸极效应，正是由于凸极性，嵌入式和插入式电动机的转矩除了电磁转矩外，还会产生磁阻转矩，磁阻转矩的大小与两轴电感间的差值成正比。

因此，从概念上讲，可将永磁同步电动机的整个转矩解释为是一种混合式结构转矩，它是由凸极永磁同步电动机磁阻转矩和凸极永磁同步电动机电磁转矩组合而成的。通过调整凸极电动机转子的设计参数，可以分别控制这两项转矩相对总转矩的比例，即利用转子的凸极这一特点来提高电动机效率和改善调速特性。(www.xing528.com)

另外，插入式电动机的交轴与直轴电感量之间的差异程度一般介于凸出式和嵌入式之间，所以它的凸极效应也介于两者之间。

图2-1 永磁同步电动机的转子结构

a）凸出式 b）插入式 c）径向式 d）切向式 e）、f）混合式