一、空心杯電機(jī)的結(jié)構(gòu)

1. 轉(zhuǎn)子（空心杯）
   • 由線圈繞制成杯狀結(jié)構(gòu)，沒有傳統(tǒng)的鐵芯。
   • 線圈通常采用銅線或鋁線，重量輕，慣性小。
2. 定子
   • 由永磁體（如釹鐵硼磁鐵）構(gòu)成，提供磁場。
   • 磁鐵通常位于轉(zhuǎn)子外部，形成徑向磁場。
3. 換向系統(tǒng)
   • 使用電刷和換向器（或電子換向）實(shí)現(xiàn)電流方向切換。
4. 軸承和外殼
   • 軸承支撐轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，外殼保護(hù)內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

二、空心杯電機(jī)的工作原理

空心杯電機(jī)的工作原理與普通直流電機(jī)類似，基于洛倫茲力：

1. 電流通過轉(zhuǎn)子線圈時，在磁場中受到力的作用，產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。
2. 換向系統(tǒng)切換電流方向，使轉(zhuǎn)子持續(xù)旋轉(zhuǎn)。

由于轉(zhuǎn)子沒有鐵芯，減少了磁滯損耗和渦流損耗，提高了效率。

三、空心杯電機(jī)的特點(diǎn)

1. 高效率
   • 無鐵芯設(shè)計(jì)減少了鐵損，能量轉(zhuǎn)換效率高。
2. 高響應(yīng)速度
   • 轉(zhuǎn)子慣性小，啟動和停止迅速，適合高動態(tài)應(yīng)用。
3. 低慣量
   • 轉(zhuǎn)子重量輕，適合需要快速加減速的場景。
4. 低噪音和振動
   • 無鐵芯結(jié)構(gòu)減少了磁滯和渦流引起的振動和噪音。
5. 體積小、重量輕
   • 結(jié)構(gòu)緊湊，適合空間受限的應(yīng)用。
6. 控制精度高
   • 適合需要精密控制的應(yīng)用，如機(jī)器人、醫(yī)療設(shè)備。

四、空心杯電機(jī)的應(yīng)用

1. 消費(fèi)電子
   • 手機(jī)振動馬達(dá)、相機(jī)對焦馬達(dá)、無人機(jī)舵機(jī)等。
2. 醫(yī)療設(shè)備
   • 手術(shù)機(jī)器人、牙科工具、輸液泵等。
3. 工業(yè)自動化
   • 精密儀器、自動化設(shè)備、機(jī)器人關(guān)節(jié)等。
4. 航空航天
   • 無人機(jī)、衛(wèi)星姿態(tài)控制等。
5. 汽車領(lǐng)域
   • 電動座椅調(diào)節(jié)、后視鏡調(diào)節(jié)等。

五、空心杯電機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：

• 高效率、高響應(yīng)速度、低慣量。
• 體積小、重量輕，適合緊湊空間。
• 運(yùn)行平穩(wěn)，噪音和振動低。

缺點(diǎn)：

• 成本較高，制造工藝復(fù)雜。
• 功率和扭矩相對較低，不適合大負(fù)載應(yīng)用。
• 電刷磨損可能影響壽命（無刷設(shè)計(jì)可改善）。

六、空心杯電機(jī)與普通電機(jī)的對比

七、總結(jié)

空心杯電機(jī)是一種高性能直流電機(jī)，憑借其高效率、高響應(yīng)速度和低慣量等優(yōu)點(diǎn)，在精密控制和高動態(tài)性能要求的領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。盡管成本較高，但其獨(dú)特的性能使其在消費(fèi)電子、醫(yī)療設(shè)備、工業(yè)自動化等領(lǐng)域具有不可替代的優(yōu)勢。

一、常用釹鐵硼牌號

釹鐵硼磁鐵的牌號通常由字母和數(shù)字組成，表示其最大磁能積（BHmax）和內(nèi)稟矯頑力（Hcj）。以下是一些常見的牌號：

1. N系列（標(biāo)準(zhǔn)牌號）
   • N35、N38、N40、N42、N45、N48、N50、N52
   • 特點(diǎn)：磁能積較高，性價(jià)比好，適合常溫環(huán)境。
   • 適用場景：普通磁選機(jī)、家用電器、消費(fèi)電子、功能磁等。
2. H系列（高矯頑力）
   • 35H、38H、40H、42H、45H、48H
   • 特點(diǎn)：矯頑力較高，抗退磁能力強(qiáng)，適合較高溫度環(huán)境。
   • 適用場景：有一定耐溫要求的消費(fèi)類電子、傳感器等產(chǎn)品。
3. SH系列（超高矯頑力）
   • 33SH、35SH、38SH、40SH、42SH
   • 特點(diǎn)：矯頑力極高，適合高溫環(huán)境。
   • 適用場景：大部分無刷電機(jī)、高速電機(jī)、軍工領(lǐng)域。
4. UH系列（超超高矯頑力）
   • 30UH、33UH、35UH、38UH
   • 特點(diǎn)：矯頑力極高，溫度穩(wěn)定性極佳。
   • 適用場景：極端高溫環(huán)境（如電動汽車驅(qū)動電機(jī)）。
5. EH系列（極高矯頑力）
   • 28EH、30EH、33EH、35EH
   • 特點(diǎn)：矯頑力最高，適合極端高溫和高穩(wěn)定性要求的場景。
   • 適用場景：高端電動汽車、特種電機(jī)等。

二、選擇牌號的關(guān)鍵因素

1. 工作溫度
   • 常溫環(huán)境（<80℃）：N系列（如N42、N48）。
   • 中高溫環(huán)境（80℃-150℃）：H系列或SH系列（如40H、38SH）。
   • 高溫環(huán)境（>150℃）：UH系列或EH系列（如35UH、30EH）。
2. 抗退磁能力
   • 高矯頑力牌號（如H、SH、UH、EH系列）更適合高負(fù)載或高動態(tài)響應(yīng)的電機(jī)。
3. 磁能積（BHmax）
   • 高磁能積牌號（如N52、N50）可提供更強(qiáng)的磁場，但成本較高。
4. 成本
   • 高牌號（如N52、EH系列）性能優(yōu)越，但價(jià)格較高，需根據(jù)預(yù)算選擇。
5. 尺寸和形狀
   • 復(fù)雜形狀或小尺寸磁鐵可能限制牌號選擇，需與供應(yīng)商溝通。

三、典型應(yīng)用場景推薦

1. 家用電器電機(jī)
   • 推薦牌號：N35M、N38M、N45。
   • 理由：常溫環(huán)境，成本敏感。
2. 工業(yè)電機(jī)
   • 推薦牌號：N38H、N38SH、N40SH。
   • 理由：中等溫度，較高性能要求。
3. 電動汽車驅(qū)動電機(jī)
   • 推薦牌號：N35EH，N42UH，N48UH。
   • 理由：高溫環(huán)境，高抗退磁能力。

四、注意事項(xiàng)

• 溫度系數(shù)
  • 釹鐵硼磁鐵的溫度系數(shù)為負(fù)值（-0.12%/℃），高溫下磁性能會下降，需選擇合適牌號。
• 表面處理
  • 釹鐵硼易氧化，需進(jìn)行電鍍（如鎳、鋅、環(huán)氧樹脂）或涂層保護(hù)。
• 磁化方向
  • 根據(jù)電機(jī)設(shè)計(jì)確定磁化方向，避免加工誤差影響性能。
• 供應(yīng)商選擇
  • 選擇有資質(zhì)的供應(yīng)商，確保材料性能和一致性。

五、總結(jié)

永磁電機(jī)選擇釹鐵硼磁鐵時，需根據(jù)工作溫度、抗退磁能力、磁能積和成本等因素綜合考慮。常見的牌號包括N系列、H系列、SH系列、UH系列和EH系列。對于高溫或高穩(wěn)定性要求的場景，建議選擇高矯頑力牌號（如SH、UH、EH系列）。

釹鐵硼磁鐵的耐溫實(shí)驗(yàn)怎么做？

首先，我們需要了解下最高工作溫度的概念。在最新的國家標(biāo)準(zhǔn)《燒結(jié)釹鐵硼永磁材料》GB/T 13560-2017 文件中定義的最高使用溫度：熱退磁狀態(tài)L/D=0.7的永磁圓柱樣品（直徑為D，高度為L），飽和磁化后，在開路狀態(tài)下從室溫加熱到某一恒定溫度保溫2h，然后冷卻到室溫，其開路磁通不可逆磁通損≤5%的最高保溫溫度。

在定義中，長徑比L/D是一個很關(guān)鍵的因素，我們通過實(shí)驗(yàn)已經(jīng)證實(shí)，L/D值越小，其最高工作溫度就越小，L/D值越大，其最高工作溫度就越大。比如說，直徑10×10的N35圓柱，L/D=1.0，其開路80度保溫2小時后開路磁通損失肯定小于5%，而直徑10×3的N35圓柱，L/D=0.3，其開路80度保溫2小時后開路磁通損失可能大于20%。

但是實(shí)際情況中，我們有很多成品磁鐵（磁鋼）實(shí)際上并不是圓柱形的，不管是做磁路組件的還是做永磁電機(jī)的朋友，你們訂購的永磁產(chǎn)品可能是方塊、瓦型、環(huán)形，甚至是其他異形的，還有不同的取向，這哪里來的L/D呢？所以，這里就要涉及另一個關(guān)鍵點(diǎn)：Pc值。Pc越大磁體工作點(diǎn)越高，越不容易被退磁。一般情況下對于一個孤立磁體取向長度相對越大Pc越大。因此Pc是永磁磁路設(shè)計(jì)中的一個重要的物理量。我們可以利用等效磁荷球原理估算特定形狀孤立磁體的單位磁導(dǎo)(Pc)。我們可以利用相應(yīng)的公式計(jì)算出方塊，瓦型，環(huán)形的Pc值，對比圓柱的Pc值，等量帶換出相應(yīng)的長徑比L/D值。比如一個30x25x12的方塊磁鋼，其Pc值約為1.065，與D10×4的圓柱磁鋼的Pc值1.073接近，因此，可以將這個方塊看成L/D=0.4的圓柱，有助于判斷其能否勝任對應(yīng)工作溫度。

在了解長徑比L/D和孤立磁體的單位磁導(dǎo)(Pc)的基本概念之后，我們現(xiàn)在來具體介紹磁鐵的耐溫實(shí)驗(yàn)怎么做。

• 首先，磁體需要飽和充磁，并使用合適的磁通計(jì)測量起磁通值Φ1。
• 然后，將磁體放在高溫試驗(yàn)箱設(shè)置制定的溫度，保溫2小時。注意：一般我們測的是開路，也就是磁體不是吸附在任何導(dǎo)磁物質(zhì)上孤立的放置狀態(tài)；也有測半開路的，就是1測取向面吸附在3mm的鐵板上面。
• 待磁體經(jīng)過高溫烘烤恢復(fù)到常溫后，再次在同等條件下測量磁通值Φ2。
• 計(jì)算退磁率=（Φ1-Φ2）/Φ1*100%

如何判定耐溫實(shí)驗(yàn)的結(jié)果？

下圖是一組客戶來樣的檢驗(yàn)記錄，客戶部知道其產(chǎn)品是什么性能的。我們?yōu)橛脩魴z測這些數(shù)據(jù)，進(jìn)行分析。

首先，我們量得樣品的尺寸是19*19*2.5，對應(yīng)的Pc值=0.26，對應(yīng)的L/D換算為0.12。

其次，通過表磁計(jì)算公式，逆向換算，在這個尺寸下（19*19*2.5）中心表磁為1300左右的剩磁大約是12kGs，對應(yīng)的牌號就是35.

接著，參考我們往期的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)積累，L/D=0.11左右的磁鋼，100℃開路退磁5-10%，110℃開路退磁11-16%，對應(yīng)的差不多就是SH牌號。

通過以上老化實(shí)驗(yàn)，我們可以大概知道產(chǎn)品的性能是什么牌號。有助于我們開發(fā)產(chǎn)品，找到合適的材料。反過來講，我們可以通過老化實(shí)驗(yàn)，來驗(yàn)證產(chǎn)品是否符合自己的需求，或者自己的產(chǎn)品性能是否過于耐溫過剩，有降本空間。

后續(xù)我們會再繼續(xù)討論如何使用公式計(jì)算L/D和Pc值，把能解決問題的方法分享給大家。

采購磁鐵時，需要注意多個方面以確保所購買的磁鐵滿足特定的應(yīng)用需求和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。以下是一些關(guān)鍵的考慮因素：

1. 磁性能：確定所需的磁性能，包括磁力強(qiáng)度、剩磁、矯頑力和最大磁能積。這些參數(shù)將決定磁鐵在特定應(yīng)用中的效果。
2. 材料類型：根據(jù)應(yīng)用需求選擇合適的磁鐵材料，如鐵氧體、釹鐵硼（NdFeB）、鋁鎳鈷（Alnico）或釤鈷（SmCo）。每種材料都有其獨(dú)特的性能和成本。
3. 尺寸和形狀：明確磁鐵的尺寸、形狀和公差要求。這些因素將影響磁鐵的制造和成本。
4. 溫度穩(wěn)定性：考慮磁鐵將在何種溫度環(huán)境下工作，并選擇具有適當(dāng)溫度系數(shù)的磁鐵材料。高溫可能導(dǎo)致磁鐵退磁。
5. 耐腐蝕性：根據(jù)應(yīng)用環(huán)境選擇具有足夠耐腐蝕性的磁鐵。例如，某些磁鐵可能需要鍍層或涂層以提高其耐腐蝕性。
6. 機(jī)械強(qiáng)度：評估磁鐵的機(jī)械強(qiáng)度和脆性，特別是在需要承受沖擊或振動的情況下。
7. 成本：考慮預(yù)算限制，平衡磁鐵的性能和成本。
8. 供應(yīng)商信譽(yù)：選擇信譽(yù)良好的供應(yīng)商，確保磁鐵的質(zhì)量和交貨時間。
9. 認(rèn)證和標(biāo)準(zhǔn)：確保磁鐵符合相關(guān)的國際或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，如ISO9001標(biāo)準(zhǔn)，IATF16949，ROHS等。
10. 交貨時間：根據(jù)項(xiàng)目時間表確定供應(yīng)商是否能按時交貨。
11. 最小起訂量：了解供應(yīng)商的最小起訂量要求，以確保采購量符合需求。
12. 售后服務(wù)：考慮供應(yīng)商提供的售后服務(wù)和支持，包括技術(shù)咨詢、退換貨政策等。
13. 環(huán)境影響：了解磁鐵的生產(chǎn)過程是否符合環(huán)保要求，以及磁鐵在使用和廢棄后對環(huán)境的影響。

通過仔細(xì)考慮這些因素，可以確保采購到適合特定應(yīng)用的高質(zhì)量磁鐵，并避免潛在的問題和額外的成本。

• 燒結(jié)釹鐵硼永磁材料標(biāo)準(zhǔn)GB/T 13560-2017
• 綿陽磁荷聚能電子參加德國柏林國際線圈展CWIEME BERLIN
• 商務(wù)部：將依法依規(guī)不斷加快對稀土相關(guān)出口許可申請的審查
• 我國對7類中重稀土相關(guān)物項(xiàng)實(shí)施出口管制
• 綿陽磁荷聚能電子有限公司通過ISO9001質(zhì)量管理體系認(rèn)證

永磁電機(jī)的磁鋼，通常是指使用永磁材料制成的磁體，這些材料能夠在沒有外加磁場的情況下保持磁化狀態(tài)。常用的永磁材料包括釹鐵硼（Nd-Fe-B）、釤鈷（SmCo）、鋁鎳鈷（Alnico）等。

不同類型的永磁材料有不同的耐溫性能。通常，永磁材料的磁性會隨著溫度的升高而降低，即磁化強(qiáng)度會隨溫度升高而減弱。當(dāng)溫度接近或超過材料的居里點(diǎn)（Curie temperature）時，磁性會完全消失。

例如：

• 釤鈷磁鋼的耐溫性能較好，一般在200°C到350°C之間仍然保持良好的磁性。釤鈷磁鋼的耐溫性能優(yōu)于釹鐵硼，其居里溫度通常在600°C至700°C之間，這意味著其在更高的溫度下仍然保持良好的磁性能。
• 釹鐵硼磁鋼的耐溫性能相對較差，一般在150°C左右磁性開始顯著下降。釹鐵硼磁鋼的居里溫度約為310°C至320°C，這意味著在超過這個溫度后，磁性能會急劇下降。

在實(shí)際應(yīng)用中，永磁電機(jī)的工作環(huán)境溫度會對磁鋼的性能產(chǎn)生影響。因此，選擇合適的永磁材料時，需要考慮電機(jī)的預(yù)期工作溫度范圍，以確保磁鋼能夠在預(yù)期的工作溫度下保持足夠的磁性。如果工作溫度較高，可能需要采用具有更高耐溫性能的永磁材料，或者采取散熱措施來維持磁鋼的磁性。

釤鈷磁鋼

在實(shí)際應(yīng)用中，電機(jī)制造商會根據(jù)電機(jī)的預(yù)期工作溫度和應(yīng)用要求選擇合適的永磁材料。例如，如果電機(jī)需要在高溫環(huán)境下工作，那么釤鈷磁鋼可能是更好的選擇，因?yàn)樗鼈兡軌蛟诟叩臏囟认卤３执判阅堋Ｈ绻姍C(jī)的工作溫度較低，那么釹鐵硼磁鋼可能是更經(jīng)濟(jì)的選擇，因?yàn)樗鼈兲峁┝烁叩拇判阅堋?/p>

需要注意的是，即使磁鋼的耐溫性能較好，長時間的暴露在高溫度下也會導(dǎo)致磁性能的退化。因此，電機(jī)制造商通常會采取冷卻措施或其他熱管理策略來保護(hù)磁鋼免受高溫影響。

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電動汽車（EV）使用永磁材料的主要目的是為了提高電機(jī)的效率和功率密度。永磁材料通常用于電動汽車的永磁同步電機(jī)（PMSM）中，其中永磁材料充當(dāng)磁場源，以提高電機(jī)的磁通密度和效率。

永磁材料的用量取決于電機(jī)的設(shè)計(jì)、電機(jī)所需的功率和扭矩、以及電機(jī)的尺寸和效率目標(biāo)。一般來說，每千瓦電機(jī)的永磁材料用量大約在0.1到0.2公斤之間，但這個數(shù)值會根據(jù)具體的電機(jī)設(shè)計(jì)和工作條件有所變化。

例如，如果一輛電動汽車的電機(jī)功率為100千瓦（即100,000瓦），那么大約需要10到20公斤的永磁材料。然而，這只是一個粗略的估計(jì)，實(shí)際的用量可能會根據(jù)電機(jī)的具體設(shè)計(jì)而有所不同。

需要注意的是，永磁材料的使用也受到稀土元素（如釹和鐠）的限制，這些元素的供應(yīng)和成本都是影響永磁材料使用量的因素。此外，隨著技術(shù)的進(jìn)步和材料科學(xué)的創(chuàng)新，未來可能會有新的永磁材料和電機(jī)設(shè)計(jì)，這可能會改變永磁材料在電動汽車中的使用量。

特斯拉（Tesla）的電動汽車使用的是永磁同步電機(jī)（PMSM），這些電機(jī)使用了一種稱為釹鐵硼（Nd-Fe-B）的永磁材料。釹鐵硼是一種高性能的稀土永磁材料，具有很高的磁能積，這意味著它們可以在較小的體積內(nèi)產(chǎn)生較大的磁場。

特斯拉電機(jī)中的磁鋼（即永磁材料）通常是由釹鐵硼合金制成的，其化學(xué)式為Nd2Fe14B。這種合金含有大量的釹（Nd），它是電機(jī)中產(chǎn)生磁場的關(guān)鍵元素。特斯拉的電機(jī)設(shè)計(jì)旨在最大化磁通量，從而提高電機(jī)的效率和功率密度。

特斯拉電機(jī)中的磁鋼通常被制成條形或盤形，并被嵌入到電機(jī)的定子或轉(zhuǎn)子中。這些磁鋼在電機(jī)運(yùn)行時產(chǎn)生磁場，與電機(jī)的繞組相互作用，從而產(chǎn)生扭矩和動力。

特斯拉的電機(jī)設(shè)計(jì)非常高效，其電機(jī)具有很高的功率密度和效率。特斯拉的電動汽車，如Model S、Model 3和Model X，都配備了高性能的電機(jī)，這些電機(jī)使用釹鐵硼永磁材料來提高性能。

綿陽磁荷聚能電子有限公司是一家專業(yè)從事稀土永磁材料及元器件、金屬軟磁材料及元器件、精密磁屏蔽組件、磁鐵與磁場組件研發(fā)、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、銷售的高科技企業(yè)。公司產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于信息電子通訊、精密計(jì)量測量、自由電子激光及同步輻射光源、科學(xué)技術(shù)研究等領(lǐng)域。

    公司擁有一支專業(yè)水平高、技術(shù)經(jīng)驗(yàn)豐富的技術(shù)人才團(tuán)隊(duì)，長期從事稀土永磁材料及元器件、金屬軟磁材料及元器件、磁路設(shè)計(jì)及磁場組件研發(fā)與生產(chǎn)工作，公司技術(shù)團(tuán)隊(duì)更是擁有20年行業(yè)從業(yè)經(jīng)驗(yàn)并擁有部分特種金屬磁性材料及下游產(chǎn)品及組件設(shè)計(jì)研發(fā)的自主知識產(chǎn)權(quán)。我們秉承“科技創(chuàng)新、互惠互利、合作共贏”的經(jīng)營理念，以質(zhì)量贏得市場認(rèn)可，以真誠贏得客戶信賴，以創(chuàng)新贏得企業(yè)發(fā)展。

磁鋼廠家/稀土永磁廠家/釹鐵硼磁鋼廠家/釤鈷磁鋼廠家/磁場組件/磁鐵組件/永磁組件/磁屏蔽組件

確定永磁材料：選擇合適的永磁材料對于磁路設(shè)計(jì)至關(guān)重要。常見的永磁材料包括釹鐵硼（NdFeB）、釤鈷磁鐵（SmCo）等。不同的永磁材料具有不同的磁性能和溫度特性，需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求進(jìn)行選擇。

磁路形狀和尺寸設(shè)計(jì)：根據(jù)電機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作要求，設(shè)計(jì)磁路的形狀和尺寸。這包括確定永磁體的形狀和位置、磁路的長度和寬度等參數(shù)。

考慮磁路的閉合性：確保磁路能夠有效地閉合，以最大限度地提高磁通的傳遞和減小漏磁。

磁路優(yōu)化：通過仿真和分析工具對磁路進(jìn)行優(yōu)化，以獲得所需的磁場分布和強(qiáng)度。

磁路材料選擇：選擇合適的磁路材料，如矽鋼片等，以減小磁阻和提高磁路的導(dǎo)磁性能。

磁路的熱效應(yīng)考慮：考慮磁路在工作過程中的熱效應(yīng)，確保磁路材料在工作溫度下能夠保持良好的磁性能。

設(shè)計(jì)永磁電機(jī)的磁路需要綜合考慮以上因素，利用專業(yè)的設(shè)計(jì)軟件和仿真工具進(jìn)行分析和優(yōu)化，以確保磁路的性能和效率。同時，需要不斷進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證和調(diào)整，以獲得最佳的磁路設(shè)計(jì)方案。

永磁組件的磁路設(shè)計(jì)確實(shí)具有一定的復(fù)雜性和難度。磁路設(shè)計(jì)需要考慮永磁材料的特性、磁路的形狀和尺寸、磁場分布等因素，以確保在設(shè)定的工作條件下獲得所需的磁場強(qiáng)度和分布。此外，磁路設(shè)計(jì)還需要考慮到磁路的閉合性、磁導(dǎo)率、磁阻等因素，以獲得良好的磁路性能。

因此，永磁組件的磁路設(shè)計(jì)需要有一定的專業(yè)知識和經(jīng)驗(yàn)，對永磁材料和磁路設(shè)計(jì)原理有深入的了解。同時，借助計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件和仿真工具，可以幫助工程師更好地進(jìn)行磁路設(shè)計(jì)和優(yōu)化?？偟膩碚f，永磁組件的磁路設(shè)計(jì)具有一定的難度，但通過專業(yè)的技術(shù)和工具支持，可以有效地完成設(shè)計(jì)任務(wù)。

綿陽磁荷聚能電子有限公司是一家專業(yè)從事稀土永磁材料及元器件、金屬軟磁材料及元器件、精密磁屏蔽組件、磁鐵與磁場組件研發(fā)、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、銷售的高科技企業(yè)。公司產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于信息電子通訊、精密計(jì)量測量、自由電子激光及同步輻射光源、科學(xué)技術(shù)研究等領(lǐng)域。

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目前，新能源市場上，主流的電動車的驅(qū)動電機(jī)，基本上有兩種，一種是永磁同步電機(jī)，另一種是感應(yīng)異步電機(jī)；那他們的構(gòu)造和工作原理以及他們的區(qū)別是什么呢？

首先我們先說一下，永磁同步電機(jī)

永磁同步電機(jī)結(jié)構(gòu)組成：

主要包括定子、轉(zhuǎn)子和端蓋等部件，其中定子由定子鐵芯和三相定子繞組構(gòu)成，轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子鐵芯、永磁體和轉(zhuǎn)軸構(gòu)成，根據(jù)永磁體安裝位置的不同，可以分為表面突出式永磁轉(zhuǎn)子、表面嵌入式永磁轉(zhuǎn)子和內(nèi)埋式永磁轉(zhuǎn)子等。

工作原理：

當(dāng)三相定子繞組通入正弦交流電后，會產(chǎn)生一個以通電頻率為角速度的旋轉(zhuǎn)磁場，并與轉(zhuǎn)子上的永磁體相互作用，由于定子在定子槽中固定不動，所以轉(zhuǎn)子在磁場力的作用下開始旋轉(zhuǎn)，最終與旋轉(zhuǎn)磁場的速度同步。

永磁同步電機(jī)的應(yīng)用和優(yōu)缺點(diǎn)。

永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)速范圍在4000rpm-15000rpm左右，基本能夠滿足新能源汽車的所有工況需求，并且還具備尺寸小，重量輕、能量轉(zhuǎn)換效率高和功率密度高等優(yōu)點(diǎn)，一般情況下，搭載永磁同步電機(jī)的車型能夠擁有較長的續(xù)航里程。但此種電機(jī)的永磁體需要采用釹鐵硼等稀土材料，成本相對較高，此外，永磁體在高溫下可能會發(fā)生退磁現(xiàn)象，因此對汽車的冷卻系統(tǒng)提出了一定要求。

講完了永磁同步電機(jī)，我們下面再來說一下 感應(yīng)異步電機(jī)。

感應(yīng)異步電機(jī)的結(jié)構(gòu)：

感應(yīng)異步電機(jī)主要包括定子、轉(zhuǎn)子、軸承、機(jī)殼和端蓋等部件，其中定子由定子鐵芯和三相定子繞組構(gòu)成，轉(zhuǎn)子由纏繞線圈的鐵芯構(gòu)成，根據(jù)纏繞方式不同，主要分為繞線式轉(zhuǎn)子和鼠籠式轉(zhuǎn)子。

工作原理：

當(dāng)三相定子繞組通入正弦交流電后，會產(chǎn)生一個以通電頻率為角速度的旋轉(zhuǎn)磁場，此時轉(zhuǎn)子中的線圈因?yàn)榍懈罡袘?yīng)線而產(chǎn)生電流，并產(chǎn)生感應(yīng)磁場，在磁場力的作用下，轉(zhuǎn)子開始旋轉(zhuǎn)，由于轉(zhuǎn)子始終需要切割磁感應(yīng)線，所以它和旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速并不同步，因此被稱為“異步”。

感應(yīng)異步電機(jī)的應(yīng)用和優(yōu)缺點(diǎn)：

感應(yīng)異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速范圍在9000rpm-15000rpm左右，基本能夠滿足新能源汽車的所有工程需求。與永磁同步電機(jī)相比，感應(yīng)異步電機(jī)的轉(zhuǎn)子不需要稀土材料，制造成本相對較低，并且其在高轉(zhuǎn)速工況下表現(xiàn)更加出色，適合那些注重性能的車型，單式感應(yīng)異步電機(jī)的功率密度和能量轉(zhuǎn)換效率不算太高，一般情況下，搭載此種電機(jī)的車型續(xù)航里程相對較短。

通過上面的介紹給大家總結(jié)一下他們兩者的優(yōu)缺點(diǎn)：

永磁同步電機(jī)：

優(yōu)點(diǎn)：尺寸小，重量輕、能量轉(zhuǎn)換效率高和功率密度高（搭載該電機(jī)車子 續(xù)航一般都不錯）

缺點(diǎn)：成本相對較高（需要釹、鐵、硼等稀土材料），高溫下可能會發(fā)生退磁現(xiàn)象（動力會衰減）。

我國稀土資源相對豐富，所以目前大部分國產(chǎn)新能源基本都是使用，永磁同步電機(jī)。

感應(yīng)異步電機(jī)：

優(yōu)點(diǎn)：制造成本相對較低，高轉(zhuǎn)速工況表現(xiàn)出色，常用在性能電動車上。

缺點(diǎn)：功率密度和能量轉(zhuǎn)換效率不算太高，單位功率能耗大，一般續(xù)航不會太好。

目前性能電動車基本都會搭載感應(yīng)異步電機(jī)，如特斯拉model s，蔚來ES8等車型。

當(dāng)然，新能源電動車的驅(qū)動電機(jī)還有其他種類，如有刷和無刷直流電機(jī)，但因?yàn)樗麄冋饎哟螅途眯圆畹仍驅(qū)е禄炯矣秒妱悠嚥粫褂?，所以目前基本上，家用電動汽車?qū)動電機(jī)基本上就是只有，上面給大家說的，永磁同步電機(jī)和感應(yīng)異步電機(jī)這兩種。

1.1永磁同步電機(jī)簡介

永磁同步電機(jī)（Permanent Magnet Synchronous Motor, PMSM）出現(xiàn)在20世紀(jì)50年代。永磁同步電機(jī)的運(yùn)行原理與普通電勵磁同步電機(jī)相同，但它以永磁體勵磁替代勵磁繞組勵磁，使電動機(jī)結(jié)構(gòu)更為簡單，降低了加工和裝配費(fèi)用，同時還省去容易出現(xiàn)問題的集電環(huán)和電刷，提高了電動機(jī)運(yùn)行的可靠性。由于無需勵磁電流，沒有勵磁損耗，提高了電動機(jī)的工作效率。

1.2永磁同步電機(jī)結(jié)構(gòu)

如下圖1所示，永磁同步電機(jī)主要部分為：轉(zhuǎn)子、定子、端蓋等部件。下圖2是PMSM的實(shí)物圖。

PMSM的定子主要指定子繞組和定子鐵芯兩部分。定子繞組目前有分布式和集中式兩種結(jié)構(gòu)。分布式繞組與異步電動機(jī)的定子多相交流繞組相似，一般希望分布在定子槽中的定子繞組產(chǎn)生的理想磁通勢為正弦波，然而實(shí)際繞組不會產(chǎn)生理想的正弦波。定義每極每相繞組槽數(shù)q=Z/(2 * np * m)，Z為定子槽數(shù)，np為電動機(jī)極對數(shù)，m為電動機(jī)定子繞組相數(shù)。

PMSM的轉(zhuǎn)子主要包括永磁體、轉(zhuǎn)子鐵芯、轉(zhuǎn)軸、軸承等。傳統(tǒng)的電網(wǎng)供電異步啟動永磁同步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子會安裝有籠型繞組，現(xiàn)代變頻調(diào)速用永磁同步電動機(jī)通常不會安裝轉(zhuǎn)子繞組。根據(jù)永磁體在轉(zhuǎn)子鐵芯中的位置可以劃分為表面式與內(nèi)置式PMSM。表面式PMSM又可以劃分為表貼式與插入式兩種結(jié)構(gòu)。見下圖3、圖4、圖5所示。

1.3 表貼式電機(jī) VS 內(nèi)置式電機(jī)

• 表貼式電機(jī)：結(jié)構(gòu)簡單、制造成本低、轉(zhuǎn)動慣量小，在恒功率運(yùn)行范圍不寬的三相PMSM和永磁無刷直流電機(jī)中得到廣泛的應(yīng)用。表貼式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)中的永磁磁極易于實(shí)現(xiàn)最優(yōu)設(shè)計(jì)，能使電機(jī)的氣隙磁密波形趨于正弦波分布，進(jìn)而提高電機(jī)的運(yùn)行性能?！?strong>永磁體直接暴露在氣隙磁場中，容易退磁，弱磁能力受限】PS：Ld = Lq
• 內(nèi)置式電機(jī)：可充分利用轉(zhuǎn)子磁路不對稱所產(chǎn)生的磁阻轉(zhuǎn)矩，提高電機(jī)的功率密度，使得電機(jī)的動態(tài)性能較表貼式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)有所改善，制造工藝也較簡單，但漏磁系數(shù)和制造成本都較表貼式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)大。【有利于弱磁升速，易于提高電動機(jī)高速旋轉(zhuǎn)的安全性】。PS：Ld<Lq

為什么表貼式和內(nèi)置式d、q軸電感不同？

對于永磁性材料，它的磁導(dǎo)率與空氣相同，而不是與鐵磁性材料相同?？梢赃@么來理解這個事實(shí)，鐵磁性材料相當(dāng)于電導(dǎo)率高的電阻，空氣相當(dāng)于電導(dǎo)率很低的電阻，而永磁性材料則相當(dāng)于電流源。電流源內(nèi)阻很大，因而電導(dǎo)率很低；然而它會發(fā)出電流。永磁性材料相對磁導(dǎo)率很低，然而它能產(chǎn)生磁通。在戴維南定律中，電流源相當(dāng)于開路，電導(dǎo)率接近于0，因此就不難想象在磁路中為什么磁鋼相當(dāng)于空氣了。

圖(a)是內(nèi)嵌式永磁同步電機(jī)，即凸極永磁同步電機(jī)，圖(b)是表貼式永磁同步電機(jī)，即隱極永磁同步電機(jī)。電機(jī)的d軸和q軸是一個很重要的概念，他們是相對于轉(zhuǎn)子而言的。對于電機(jī)來說，d軸即轉(zhuǎn)子磁鋼磁極所在軸線，方向是從S極指向N極。q軸與d軸垂直，方向逆時針沿d軸轉(zhuǎn)過90度。說是凸極隱極，其實(shí)是根據(jù)d軸和q軸的同步電感來確定的。發(fā)現(xiàn)了嗎？內(nèi)嵌式永磁同步電機(jī)里頭d軸方向的用鐵量比較少，因?yàn)槌丝諝鈿庀?，還有永磁體占用了一定空間。永磁體磁導(dǎo)率相當(dāng)于空氣！而q軸除了空氣氣隙就是鐵了，用鐵量比d軸要多，所以d軸電感小，q軸電感大。而隱極的磁鐵是在空氣隙里頭的，d軸方向和q軸方向用鐵量一樣多。所以d軸和q軸的電感相等?！緛碓矗簶肥濉?/p> ]]>