IPM és SPM motorok: a mágnesek a felületen vagy a belső térben helyezkednek el, mit jelent ez a különbség?
Nyissuk ki egy robogó motorját: a mágnesek a rotor felületére vannak ragasztva. Nyissuk ki egy modern elektromos autó motorját: gyakran a mágnesek bevágva vannak a rotorlemezekbe, a rotor belső részén. Ez a különbség kétféle mágneses szinkronmotort eredményez: SPM és IPM. Ez megváltoztatja a motor forgatónyomatékát és a maximális forgási sebességét.
A lényeg
- SPM: A forgórész felületi mágnesek. Egyszerű és hatékony megoldás, amely a robogók hajtómotorainál alkalmazzák.
- IPM (Internal Permanent Magnet): A mágnesek a forgórész belsejében helyezkednek el. A motor további nyomatékot generál, amelyet reluktancia-nyomatékként emlegetünk.
- Az IPM-konstrukció jobban bírja a nagyon magas sebességeket, és jól alkalmazható a hűtés szempontjából, ezért is vált népszerűvé az autóiparban.
- Az IPM (Inner Power Module) technológiának finomabb beállításokat igényel: a "d" áram nem maradhat nulla értékben.
Kétféle módon lehet a mágneseket elhelyezni
SPM: felületi mágnesek
Az SPM (Surface Permanent Magnet) azt jelenti: "felületi állandó mágnes". A mágnesek a rotor felületére vannak ragasztva, a tekercsek felé nézve. A konstrukció egyszerű, és a mágnesek teljes fluxusa közvetlenül hat. A legtöbb elektromos robogó hajtómotorja, amely külső rotorral rendelkezik, ebből a típusból készül: a mágnesek a forgó ház belsejét borítják.
Korlátozás: nagyon magas fordulatszámon, egy belső forgórésznél, a centrifugális erő hajlamos a mágnesek leválasztására, amelyeket ezért rögzíteni kell egy gyűrűvel.
IPM: belső mágnesek
Az IPM (Interior Permanent Magnet) kifejezés azt jelenti: "belső állandó mágnes". A mágneseket a rotorlemezekbe vágott mélyedésekbe helyezik, gyakran V-alakban. Ezek mechanikusan védettek, és a körülöttük lévő vas alakja további hatást eredményez, amelyet később részletezünk.
A reluktancia nyomatéka
A vas egy mágneses tér hatására vonzódik, még akkor is, ha nincs jelen mágnes: ezt nevezzük reluktanciának. Egy hosszabb vasdarab hajlamos arra, hogy a mágneses térrel egyenesbe kerüljön, hasonlóan egy iránytűhöz.
Egy IPM (Internally Permanent Magnet) motorban a forgórész nem "tökéletesen" mágneses: a mágnesek elhelyezése miatt a mágneses fluxus könnyebben áthalad bizonyos irányokban, mint másokban, mivel a mágnesek körül apró üredek vannak. Ezt a jelenséget saillence-nek nevezzük. A vektoros vezérlés szempontjából az indukciája nem azonos a d-tengelyen (ami a mágnesekkel párhuzamos) és a q-tengelyen (ami 90 fokkal eltér a mágnesektől).
Eredmény: egy IPM motor teljes nyomatéka két forrásból származik.
- a mágnesek által generált nyomaték, hasonlóan egy SPM-hez, amelyet a q áram hoz létre;
- az ellenállási nyomaték, amelyet a d és q áramok kombinációja hoz létre, a két tengely közötti indukativitás különbsége miatt.
Ez mit jelent a vezérlés szempontjából?
Egy SPM (Surface Permanent Magnet) motorban a "d" áram nem hoz létre nyomatékot: a vektoros vezérlés nullára tartja azt. Egy IPM (Interior Permanent Magnet) motorban, egy gondosan kiválasztott, negatív "d" áram növeli a reluktancia nyomatékát. Egy adott nyomaték eléréséhez, létezik egy "d" és "q" áram kombináció, amely a lehető legkevesebb amperrel működik: ez a MTPA stratégia, ami azt jelenti: "Maximum Torque Per Ampere" – a lehető legtöbb nyomaték egy amperonként.
A vezérlőnek ismernie kell a motor két indukciós értékét, és a megfelelő értékeket folyamatosan ki kell számítania, ami részletesebb motorjellemzők ismeretét igényli.
Miért terjed az IPM technológia az autóiparban?
- Gyors forgás: A mágnesek acélba vannak zárva, így magas forgási sebességeket tesz lehetővé.
- Jól működik a fluxusgyengítés: A névleges sebesség felett is hasznos teljesítményt nyújt széles sebességtartományon belül a D-áramnak köszönhetően. Nézze meg a fluxusgyengítésről szóló cikkünket.
- Kevesebb mágnes használata: A nyomaték egy része a reluktanciából származik, ami lehetővé teszi a mágnesek számának csökkentését, mivel azok költségesek.
Egyes gyártók tovább mennek, és olyan motorokat alkalmaznak, amelyeket "permanent mágneses reluktancia-hajtású" motoroknak neveznek. Ezekben a motorokban a reluktancia biztosítja a fő vonóerőt, míg a mágnesek kiegészítőként működnek.
És egy robogón?
Egy robogó hajtómotorja lassan forog (a kerék közvetlenül van meghajtva), és nagy nyomatékra van szükség a mozgás megkezdéséhez. A külső rotoros SPM (Spoke Permanent Magnet) motor nagyon jól alkalmas erre: nagy átmérő, sok mágnes, közvetlen nyomaték, egyszerű felépítés. Az IPM (Interior Permanent Magnet) motorok inkább olyan alkalmazásokhoz ideálisak, ahol a motor gyorsabban forog, és a kerék egy reduktórral van meghajtva, mint például elektromos motorkerékpároknál és autóknál.
Az elektromos robogó motorjaink ilyen típusú, központi motorok, amelyek "High Speed" (nagy sebesség) és "High Torque" (nagy nyomaték) változatokban kaphatók.
Gyakori kérdések
Egy IPM motor erősebb-e, mint egy SPM motor?
Magától értetődően nem. Ugyanolyan méret esetén, egy jobb tervezésű motor nagyobb nyomatékot képes leadni egy amperre, és ami még fontosabb, szélesebb fordulatszám-tartományban működik. Azonban egy jól megtervezett, állandó mágneses motor (SPM) továbbra is kiváló teljesítményt nyújt, még akkor is, ha a fordulatszáma mérsékelt, mint például egy robogó kerékénél.
Egy elektromos robogó vezérlő képes-e egy IPM motort vezérelni?
A motor működni fog, de nem fogja kihasználni a reluktancia nyomatékát, ha az "A" áramot nullán tartja. Egy IPM motort akkor lehet optimálisan használni, ha a vezérlő képes a MTPA (Maximum Torque Per Ampere) stratégiát alkalmazni, és ismeri a motor két indukciós értékét.
Mi a "saillance" kifejezés jelentése?
A jelenség abból fakad, hogy a forgórész könnyebben engedi áthaladni a mágneses fluxust az egyik irányban, mint a másikban. Ezt a különbséget az indukció mértéke szerint mérjük, azaz az indukció értéke a mágnesek tengelye mentén (d) és 90 fokkal ehhez képest (q). Minél nagyobb ez a különbség, annál nagyobb a reluktancia által generált nyomaték.