Двигатель с постоянными магнитами (ДМ) — это двигатель переменного тока, в котором магниты встроены или прикреплены к поверхности ротора двигателя. В электромобилях используются синхронные двигатели с постоянными магнитами, обладающие высокой удельной крутящей способностью и высокой эффективностью.

Используемые магниты представляют собой неодимовые железо-борные магниты, также известные как супермагниты. Название происходит от очень концентрированного магнитного поля на квадратный сантиметр, что делает их очень привлекательными из-за их небольшого размера, но их высокая плотность магнитного поля хороша для прочности и эффективности.

Учитывая характеристики двигателей с постоянными магнитами и высокую плотность магнитного поля, расчетный размер двигателя составляет одну треть от размера двигателей с такой же производительностью. Кроме того, высокая эффективность сводит потребление электроэнергии электромобилями к минимуму, и, что не менее важно, срок службы супермагнита оценивается примерно в 400 лет, что обеспечивает его эффективность и надежность с течением времени.

Двигатели с постоянными магнитами (также известные как PM) можно разделить на две основные категории: внутренние постоянные магниты (IPM) и поверхностные постоянные магниты (SPM). Оба типа генерируют магнитный поток через постоянные магниты, прикрепленные к ротору или внутри него.

Поверхностный постоянный магнит представляет собой двигатель с постоянными магнитами, прикрепленными к окружности ротора, а внутренний постоянный магнит представляет собой двигатель с постоянными магнитами, встроенными в ротор, называемый IPM.

На протяжении десятилетий двигатели с постоянными магнитами на поверхности доминировали на рынке двигателей с постоянными магнитами, однако в последние годы развивающиеся рынки гибридных и электромобилей увеличили спрос на двигатели с внутренними постоянными магнитами.

Благодаря таким преимуществам, как постоянная мощность в широком диапазоне скоростей и конструкция удержания магнита, двигатели с внутренними постоянными магнитами представляют собой хорошее решение для таких применений, как тяговые и вспомогательные двигатели.

В транспортных средствах технология встроенных постоянных магнитов имеет большие преимущества перед двигателями с поверхностными постоянными магнитами. Конструкция со встроенным постоянным магнитом позволяет лучше контролировать намагниченность магнитной цепи.

Напротив, двигатели с внутренними постоянными магнитами предлагают более широкий диапазон более или менее постоянного крутящего момента. Используя метод, называемый ослаблением поля, разработчики могут применять ток для изменения характеристик. Ослабление поля включает в себя регулировку магнитного поля статора для частичного противодействия действию постоянного магнита.

————Двигатели с поверхностными постоянными магнитами———–

Двигатели с поверхностными постоянными магнитами имеют магниты, закрепленные на внешней поверхности ротора, и их механическая прочность слабее, чем у двигателей со встроенными постоянными магнитами. Ослабленная механическая прочность ограничивает максимальную безопасную механическую скорость двигателя.

Кроме того, магнитная выпуклость (Ld≈Lq) этих двигателей и значения индуктивности, измеренные на клеммах ротора, постоянны независимо от положения ротора. Из-за близкого передаточного числа магнитной головки конструкции двигателей с поверхностными постоянными магнитами в значительной степени полагаются на компоненты магнитного крутящего момента для создания крутящего момента.

———–Внутренние двигатели с постоянными магнитами———–

Двигатели с внутренними постоянными магнитами имеют постоянные магниты, встроенные в ротор, в отличие от двигателей с поверхностными постоянными магнитами, расположение постоянных магнитов делает двигатель с внутренними постоянными магнитами механически хорошим и пригодным для работы на высоких скоростях.

Эти двигатели также характеризуются относительно высоким коэффициентом магнитной короны (Lq>Ld). Благодаря своей очевидной магнитной выпуклости двигатель с внутренними постоянными магнитами может генерировать крутящий момент, используя компоненты магнитного крутящего момента и реактивного крутящего момента двигателя, что делает его подходящим для различных электромобилей.

Заключение

Для высокоскоростных применений, таких как тяговые двигатели, наилучшим выбором являются двигатели с внутренними постоянными магнитами , поскольку они используют меньше магнитного материала и получают некоторый крутящий момент за счет кажущегося передаточного отношения ротора. Помимо магнитного крутящего момента, для достижения высокого крутящего момента также используется реактивный крутящий момент, который может реагировать на вращение высокоскоростного двигателя посредством векторного управления двумя типами крутящего момента.

В сочетании с лучшим контролем над намагниченностью магнитной цепи за счет управления током обеспечивается эффективная работа в широком диапазоне скоростей. Механическая безопасность повышается, поскольку, в отличие от СЗМ, магнит не отсоединяется под действием центробежной силы. По сравнению с традиционными двигателями, двигатель с внутренним постоянным магнитом может сэкономить 30% энергопотребления при той же мощности.