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永磁同步摩打

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永磁同步摩打永磁同步伺服電機permanent-magnet synchronous motor縮寫PMSM)是指一種轉子永久磁鐵代替繞線的同步摩打

永磁同步摩打可依磁通方式分為徑向、軸向或是橫向(transverse)幾種,依其元件的佈局而定,各種的永磁同步摩打在效率、體積、重量及工作速度都有不同的表現。

徑向磁通永磁同步摩打的分類

徑向磁通永磁同步摩打可以分為以下二類:

  • 表面式永磁(SPM)摩打:永久磁鐵在轉子的外側。
  • 內藏式永磁(IPM)摩打:永久磁鐵在轉子的內側。

表面式永磁摩打

表面式永磁摩打的結構較簡單[1],磁鐵是膠合或固定在轉子表面,因此沒有磁鐵部份的轉子和定子中間有較寬的氣隙,而磁鐵的磁導率和空氣相當,因此轉子的凸極效應(saliency)很小,可以省略。較大的氣隙也使得轉子的電樞效應減弱,因此其電感很小,也影響表面式永磁摩打的定子時間常數。

內藏式永磁摩打

若永磁摩打的磁鐵埋在轉子中,磁鐵可以受到轉子的保護,在高速運轉時不會有磁鐵脫落的問題[1],但轉子需有一空洞要置入磁鐵,而轉子的材質為矽鋼,磁導率遠高於磁鐵,因此磁鐵部份可視為一個額外的氣隙,轉子和定子間的氣隙會有週期性的變化,即凸極效應,因此產生的轉矩中有磁阻轉矩成份,其效率較高[2]

內藏式永磁摩打的設計需符合以下的需求:

  • 高功率/質量比及轉矩/慣量比。
  • 平順的電磁轉矩,儘量減少磁卡轉矩(cogging torque)的產生。
  • 高氣隙磁通密度。
  • 高性能及功率系數的小型化設計。

直流無刷式

永磁同步摩打和直流無刷摩打的轉子都是永久磁鐵組成,其差異主要在磁通及反電動勢(back EMF)的分佈,永磁同步摩打的反電動勢為弦波,而直流無刷摩打的反電動勢為接近方波的梯形波。若考慮定子需產生的旋轉磁場,永磁同步摩打的磁場是均勻旋轉磁場,而直流無刷摩打的磁場則是步進式旋轉磁場[3]。不過有時也會用直流無刷摩打泛稱所有轉子有磁鐵,沒有電刷的摩打[2]

交流無刷式

若永磁同步摩打的輸入電壓為交流電,而且也沒有集電環換向器英語commutator (electric)的話,永磁同步摩打也稱為交流無刷摩打。不過若轉子用磁阻代替永久磁鐵,也是交流無刷摩打。甚至最常見的鼠籠式感應摩打也符合交流無刷摩打的定義。

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參考資料

  1. ^ 1.0 1.1 內置永磁體(IPM)設計提高了無刷伺服電機的性能. 控制工程網. 2006-04-08 [2012-12-10] (中文). 
  2. ^ 2.0 2.1 葉進純. IPM無刷直流馬達噪音及振動源模式分析 (PDF). 摩打科技研究中心. 2005-05-25 [2012-12-09] (中文). [永久失效連結]
  3. ^ 無刷直流電機與永磁交流同步電機的比較. 泰安陽光動力電機有限公司. 2011-04-01 [2012-12-09] (中文). 
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