Мотори с технология IPM и SPM: магнити на повърхността или вътре в конструкцията – каква е разликата?

Par l’atelier Rage Mechanics, à Lyon. Publié le 2026-11-03. Lecture : 8 min.

Отворете мотора на главината на електрически тротинетки: магнитите са залепени към повърхността на ротора. Отворете мотора на електрически автомобил: често магнитите са вградени в прорези, вътре в ламеларния пакет на ротора. Тази разлика в позицията определя две семейства синхронни мотори с постоянен магнит: SPM и IPM. Това променя начина, по който моторът генерира въртящ момент и неговата способност да се върти бързо.

Същественото

  • SPM: магнити, разположени на повърхността на ротора. Това е проста и ефективна конструкция, която се използва при двигателите за електрически тротинетки.
  • IPM: Магнити, разположени вътре в ротора. Двигателят генерира допълнителен въртящ момент, известен като "реактивен въртящ момент".
  • IPM (Inboard Permanent Magnet) конструкцията се справя по-добре при много високи скорости и е подходяща за охлаждане, което обяснява нейния успех в автомобилната индустрия.
  • Режимите IPM изискват по-прецизен контрол: стойността на тока "n" вече не се поддържа на нула.

Два начина за монтиране на магнитите

SPM: магнити, разположени на повърхността

SPM означава "постоянен магнитен слой". Магнитът е залепен върху повърхността на ротора, срещу намотките. Конструкцията е проста и целият магнитен поток работи директно. Повечето електрически тротинетки с централен двигател, с външен ротор, са от този тип: магнитите са разположени вътре в корпуса, който се върти.

Ограничение: при много висока скорост при въртене на вътрешен ротор, центробежната сила може да отлепи магнитите, което изисква те да бъдат фиксирани с помощта на пръстен.

IPM: вътрешни магнити

IPM означава "Вътрешен постоянен магнит". Магнитите са поставени в гнезда, изрязани в ламелите на ротора, често подредени във формата на "V". Те са механично защитени, а формата на железния корпус около тях създава допълнителен ефект, който ще бъде описан по-долу.

Въртящият момент, генериран от релуктънтния принцип

Желязото се привлича от магнитно поле, дори и без наличието на магнит: това е релуктността. Един удължен парче желязо има тенденция да се подреди спрямо магнитното поле, подобно на стрелката на компас.

В един IPM (Interior Permanent Magnet) двигател, роторът не е магнитно "закръглен": той позволява на магнитното поле да преминава по-лесно в определени посоки, отколкото в други, поради отворите, в които са поставени магнити. Това се нарича салиенс (salience). В терминологията на векторното управление, неговата индуктивност не е еднаква по оста d (подравнен с магнитите) и по оста q (под ъгъл от 90°).

Резултат: Общият въртящ момент на един двигател IPM има два източника.

  • магнитният момент, подобно на това при SPM (Surface Permanent Magnet), се генерира от тока q;
  • Въртящият момент, генериран от релуктирането, се получава в резултат на взаимодействието на токовете d и q, благодарение на разликата в индуктивността между двата оси.

Какво това променя за управлението?

В един двигател с постоянен магнит (SPM), токът *d* не генерира въртящ момент: векторното управление го поддържа на нула. В един двигател с въртящ момент (IPM), внимателно подбран отрицателен ток *d* добавя въртящ момент, свързан с релактанса. Следователно, за даден въртящ момент, съществува комбинация от токове *d* и *q*, която изисква възможно най-малко ампери: това е стратегията MTPA, което означава "Максимален въртящ момент на ампер" – максимален въртящ момент за всеки ампер.

Контролерът трябва да познава двете индуктивности на двигателя и да изчислява оптималното разпределение във всеки момент, което изисква по-подробна характеризация на двигателя.

Защо IPM (Integrated Power Module) е предпочитан в автомобилната индустрия?

  • Завърта се бързо: Магнитните елементи са защитени в железен корпус, което позволява високи скорости на въртене.
  • Работи добре при намаляване на оборотите: Освен базовата си скорост, той запазва полезна мощност в широк диапазон от скорости благодарение на тока. Вижте нашето ръководство за намаляване на потока на магнитното поле (defluxage).
  • Спестява магнити: Част от въртящия момент се генерира от магнитното съпротивление, което позволява намаляване на количеството използвани магнити, които са скъпи.

Някои производители използват по-усъвършенствани двигатели, наречени "синхронни двигатели с релуктърен принцип, подпомогнати от магнити", при които релуктънтният принцип осигурява основната част от въртящия момент, а магнити осигуряват допълнителна мощност.

И на електрически тротинетки?

Един мотор за електрически тротинетки, монтиран директно на главината, се върти бавно (колелото се задвижва директно) и се нуждае от голям въртящ момент още при потегляне. SPM (Surface Permanent Magnet) моторът с външен ротор е много подходящ за тази цел: голям диаметър, много магнити, директен въртящ момент и проста конструкция. IPM (Interior Permanent Magnet) моторът е по-подходящ за мотори, които се въртят бързо и задвижват колелото чрез редуктор, както е при моторите и автомобилите с електрическо задвижване.

Нашите мотори за електрически тротинетки са мотори с директно задвижване, предлагани във варианти с висока скорост и висок въртящ момент.

Често задавани въпроси

Дали един мотор от тип IPM е по-мощен от един мотор от тип SPM?

Не е задължително. При еднакъв размер, може да предложи по-голям въртящ момент на ампер и, най-важното, по-широк диапазон на скоростта. Но добре проектираният SPM остава отличен, когато скоростта на въртене е умерена, както е при колелото на електрически тротинетки.

Може ли един контролер за електрически тротинетки да управлява мотор с вътрешен ротор (IPM)?

Той ще го задвижи, но без да използва въртящия момент, генериран от релуктността, ако запази тока в фаза A на нула. За да се използва оптимално мотор от типа IPM, е необходим контролер, който управлява стратегията MTPA и познава двете индуктивности на мотора.

Какво означава "салиънс"?

Причината е, че роторът позволява на магнитното поле да преминава по-лесно в една посока, отколкото в друга. Това се измерва чрез разликата между индуктивността по оста на магнитите (d) и тази при 90° (q). Колкото по-голяма е тази разлика, толкова по-голям е въртящият момент, генериран от релуктността.