IPM- ja SPM-moottorit: magneetit joko pinnalla tai sisällä – mitä se tarkoittaa?
Avaa sähköpotkulaudan napamoottori: magneetit on liimattu roottorin pintaan. Avaa uuden sähköauton moottori: usein magneetit on upotettu uriin, roottorin lamelikasan sisälle. Tämä magneettien sijainnin ero johtaa kahteen synkronimoottorityyppiin, joissa käytetään pysyviä magneetteja: SPM ja IPM. Tämä vaikuttaa siihen, miten moottori tuottaa vääntömomenttinsa ja sen kykyyn pyöriä nopeasti.
Tärkeimmät asiat
- SPM: roottorin pinnalla olevat magneetit. Yksinkertainen ja tehokas ratkaisu, jota käytetään usein sähköpotkulautojen napamoottoreissa.
- IPM (Internally Permanent Magnet): Magneetit on sijoitettu roottorin sisälle. Moottori tuottaa lisätehoa, jota kutsutaan reluktanssivoimaksi.
- IPM-moottorit kestävät paremmin erittäin korkeita nopeuksia ja soveltuvat hyvin jäähdytykseen, minkä vuoksi ne ovat suosittuja autoteollisuudessa.
- IPM-moottorikäyttö vaatii tarkempaa ohjausta: virta-arvoa "n" ei enää pidetä nollassa.
Kaksi tapaa asentaa magneetit
SPM: pintaan asennetut magneetit
SPM tarkoittaa "pysyvämagneettia pinnalla". Magneetit on liimattu roottorin pintaan, kelojen vastapäätä. Rakenne on yksinkertainen, ja kaiken magneettikentän vaikutus kohdistuu suoraan. Useimmat sähköpotkulaudojen napamoottorit, joissa on ulkoinen roottori, ovat tätä tyyppiä: magneetit on sijoitettu pyörivän kellon sisäpinnalle.
Rajoitus: Erittäin korkeilla nopeuksilla sisäroottorissa keskipakovoima pyrkii irrottamaan magneetit, jolloin ne on kiinnitettävä, eli pidettävä paikoillaan renkaalla.
IPM: sisäiset magneetit
IPM tarkoittaa "sisäistä pysyvämagneettia". Magneetit on sijoitettu roottorin levyihin leikattuihin koloihin, usein V-muotoon. Ne ovat mekaanisesti suojattuja, ja niiden ympärillä olevan metallin muoto luo lisävaikutuksen, josta kerrotaan tarkemmin myöhemmin.
Vastusmomentti
Rauta vetää puoleensa magneettikenttää, vaikka siinä ei olisi magneettia: tätä ilmiötä kutsutaan reluktanssiksi. Pitkä rautakappale pyrkii asettumaan magneettikentän suuntaan, aivan kuten kompassin neula.
IPM-moottorissa roottori ei ole magneettisesti "pyöreä": se päästää magneettikentän läpi helpommin tietyissä suunnissa kuin toisissa, johtuen magneettien koloista, jotka ovat pieniä tyhjiä. Sitä sanotaan saillancella. Vektorikontrollin termein, sen induktanssi ei ole sama akselilla d (joka on linjassa magneettien kanssa) ja akselilla q (90 asteen kulmassa).
Tuloksena on, että IPM-moottorin kokonaisvääntömomentti on peräisin kahdesta eri lähteestä.
- Magneettinen vääntömomentti, kuten SPM-moottorissa, jonka aiheuttaa virta q;
- Vastusmomentti, joka syntyy virtojen d ja q yhdistelmästä, johtuen induktanssin erosta kahden akselin välillä.
Miten tämä vaikuttaa ohjaukseen?
SPM-moottorissa virta *d* ei tuota vääntömomenttia: vektoriohjauksella se pidetään nollassa. IPM-moottorissa sopivasti valittu, negatiivinen *d*-virta lisää vastusmomenttia. Tietyllä vääntömomentilla on olemassa yhdistelmä *d*- ja *q*-virtoja, joka vaatii mahdollisimman vähän ampeereita: tämä on MTPA-strategia, joka tarkoittaa "Maximum Torque Per Ampere", eli mahdollisimman paljon vääntömomenttia per ampeeri.
Ohjaimen on tunnettava sekä moottorin kaksi induktanssiarvoa ja laskettava oikea jakautuminen jokaisena hetkenä, mikä edellyttää moottorin tarkempaa karakterisointia.
Miksi IPM-tekniikka on yleinen autoteollisuudessa?
- Kierrosnopeus on korkea: Magneetit on suojattu metallilla, mikä mahdollistaa korkeat pyörimisnopeudet.
- Hyvä virtausominaisuus: Perusnopeuden lisäksi se säilyttää hyödyllisen tehon laajalla nopeusalueella virtauksen ansiosta. Katso oppaamme virtausominaisuuksista.
- Se säästää magneetteja: osa vääntömomentista tulee vastusperiaatteesta, mikä mahdollistaa magneettien määrän vähentämisen, koska ne ovat kalliita.
Tietyt valmistajat menevät vielä pidemmälle "magneettisesti avustettujen synkronimoottoreiden" kanssa, joissa moottorin magneettinen vastus tuottaa pääosan vääntömomentista, ja magneetit tarjoavat lisätehoa.
Ja entä sähköpotkulaudalla?
Sähköpotkulautojen napamoottorit pyörivät hitaasti (pyörä pyörii suoraan) ja vaativat paljon vääntömomenttia jo alkaen. Ulkokierron SPM (Surface Permanent Magnet) sopii erinomaisesti tähän: suuri halkaisija, paljon magneetteja, suora vääntömomentti ja yksinkertainen rakenne. IPM (Interior Permanent Magnet) puolestaan on hyödyllisempi moottoreissa, jotka pyörivät nopeasti ja jotka välittävät voiman pyörälle vaihteiston kautta, kuten sähkömoottoripyörissä ja -autoissa.
Sähköpotkulautojen moottorimme ovat napamoottoreita, saatavilla sekä korkean nopeuden että korkean vääntömomentin versioina.
Usein kysytyt kysymykset
Onko IPM-moottori tehokkaampi kuin SPM-moottori?
Ei välttämättä. Samankokoisena se voi tarjota enemmän vääntömomenttia ampeeria kohti ja erityisesti laajemman nopeusalueen. Hyvin suunniteltu SPM-moottori on kuitenkin edelleen erinomainen, kun pyörimisnopeus on kohtuullinen, kuten sähköpotkulautojen tapauksessa.
Osaako sähköpotkulautojen ohjainyksikkö ohjata IPM-moottoria?
Se moottori pyörii, mutta se ei hyödynnä vastamomenttia, jos virta (I) on nolla. Jotta IPM-moottorin kaikki ominaisuudet saadaan käyttöön, tarvitaan ohjain, joka hallitsee MTPA-strategiaa ja tuntee moottorin kaksi induktanssiarvoa.
Mitä "saillance" tarkoittaa?
Kyseessä on se, että roottori päästää magneettikentän läpi helpommin toisessa suunnassa kuin toisessa. Tätä mitataan induktanssin erolla magneettien akselin (d) ja 90 asteen kulman (q) suhteen. Mitä suurempi ero on, sitä suurempi on vastustusmomentti.