Motory IPM a SPM: magnety v povrchu nebo uvnitř – jaký je rozdíl?

Otevřete motor v náboji koloběžky: magnety jsou nalepeny na povrchu rotoru. Otevřete motor v moderním elektromobilu: často jsou magnety ukryty ve štěrbinách, uvnitř vrstev rotoru. Tento rozdíl v umístění vytváří dvě rodiny synchronních motorů s permanentními magnety: SPM a IPM. To mění způsob, jakým motor generuje točivý moment, a jeho schopnost dosahovat vysokých otáček.

Existují dvě možnosti, jak umístit magnety

SPM: Magnety umístěné na povrchu

SPM znamená "Permanentní magnet na povrchu". Magnety jsou nalepeny na povrchu rotoru, proti vinutím. Konstrukce je jednoduchá a veškerý magnetický tok přímo působí. Většina motorů v nábojích elektrických kol, s vnějším rotorem, je tohoto typu: magnety obklopují vnitřek krytu, který se otáčí.

Omezení: Při velmi vysokých rychlostech u motorů s vnitřním rotorem má odstředivá síla tendenci odtrhávat magnety, které je pak nutné fixovat, tedy zajistit pomocí kroužku.

IPM: vnitřní magnety

IPM znamená "Permanentní magnet vnitřní". Magnety jsou vloženy do výklenků vyřezaných v plechových deskách rotoru, často uspořádaných do tvaru V. Jsou mechanicky chráněny a tvar železa kolem nich vytváří dodatečný efekt, který je popsán níže.

Moment točivý závislý na reluktanci

Železo je přitahováno magnetickým polem, a to i bez přítomnosti magnetu: toto je tzv. reluktanční účinek. Dlouhý kus železa má tendenci se zarovnat s magnetickým polem, podobně jako jehla kompasu.

V motoru IPM (Interior Permanent Magnet) není rotor magneticky "kulatý": umožňuje průchod magnetického pole snadněji v některých směrech než v jiných, a to kvůli prostorovým mezerám, ve kterých jsou umístěny magnety. Říká se, že má saillance. V terminologii řízení s vektorovým napětím, jeho indukčnost není stejná na ose d (orientované v souladu s magnety) a na ose q (o 90°).

Výsledkem je, že celkový točivý moment motoru IPM má dva zdroje.

• tah točivý moment magnetů, podobně jako u motoru s permanentními magnety (SPM), který je generován proudem q;
• třetí krouticí moment závislosti na magnetické vodivosti, který vzniká kombinací proudů d a q, a je způsoben rozdílem indukčnosti mezi oběma osami.

Co to znamená pro ovládání

V systému s permanentními magnety (SPM) proud *d* nevytváří točivý moment: vektorové řízení ho udržuje na nule. V systému s vlnitým pólováním (IPM) správně zvolený, záporný proud *d* přidává točivý moment odporu. Pro daný točivý moment existuje tedy kombinace proudů *d* a *q*, která vyžaduje co nejmenší počet ampér: to je strategie MTPA, což znamená „Maximální točivý moment na ampér“, tedy maximální točivý moment na jeden ampér.

Řídicí jednotka musí znát obě indukčnosti motoru a vypočítat správné rozdělení proudu v každém okamžiku, což vyžaduje podrobnější charakterizaci motoru.

Proč jsou motory IPM (In-Runner Permanent Magnet) tak populární v automobilovém průmyslu?

• Otáčí se rychle: Magnety jsou chráněny v ocelovém pouzdře, což umožňuje vysoké otáčky.
• Má dobrý rozsah výkonu: Kromě základní rychlosti si motor udržuje užitečný výkon v širokém rozsahu otáček díky proudovému řízení. Podívejte se na náš návod o snižování magnetického toku (field weakening).
• Šetří magnety: Část točivého momentu pochází z reluktance, což umožňuje snížit množství magnetů, které jsou drahé.

Někteří výrobci jdou ještě dál a používají motory označované jako „synchronní motory s relukční asistencí a permanentními magnety“, kde relukce zajišťuje většinu točivého momentu a magnety poskytují dodatečnou sílu.

A co elektrokola?

Motor v náboji koloběžky se otáčí pomalu (kolo je poháněno přímo) a vyžaduje vysoký točivý moment při rozjezdu. Motor s vnějším rotorem (SPM) je pro tento účel velmi vhodný: má velký průměr, mnoho magnetů, poskytuje přímý točivý moment a má jednoduchou konstrukci. Motor s vnitřním rotorem (IPM) je zase vhodný pro motory, které se otáčejí rychle a pohánějí kolo pomocí převodu, jako je tomu u elektrických motocyklů a automobilů.

Naše motory pro elektrické koloběžky jsou motory s přímým pohonem, dostupné ve verzích s vysokou rychlostí a vysokým točivým momentem.