Motoare IPM și SPM: magneți la suprafață sau în interior, ce diferențe implică

Deschideți motorul axului unei trotinete electrice: magneții sunt lipiți de suprafața rotorului. Deschideți motorul unei mașini electrice moderne: adesea, magneții sunt îngropați în fante, în interiorul stratului de plăci al rotorului. Această diferență de poziție generează două familii de motoare sincrone cu magneți: SPM și IPM. Aceasta modifică modul în care motorul produce cuplul și capacitatea sa de a se roti rapid.

Două modalități de a fixa magneții

SPM: magneți dispuși pe suprafață

SPM înseamnă "magnet permanent de suprafață". Magnetii sunt lipiți pe suprafața rotorului, fiind așezați față de bobinaje. Construcția este simplă, iar întregul flux magnetic al magnetilor acționează direct. Motoarele axiale pentru trotinete, cu rotor exterior, sunt aproape toate de acest tip: magnetii acoperă interiorul carcasei care se rotește.

Limite: la viteze foarte mari, în cazul unui rotor interior, forța centrifugă tinde să desprindă magneții, care trebuie atunci fixați cu o inel.

IPM: magneți interni

IPM înseamnă "magnet permanent interior". Magnetii sunt introduși în cavități decupate în plăcile rotorului, adesea aranjați în formă de V. Aceștia sunt protejați mecanic, iar forma materialului feros din jurul lor creează un efect suplimentar, descris mai jos.

Cuplul de reluctanță

Fierul este atras de un câmp magnetic, chiar și în absența unui magnet: acesta este rezistența magnetică. O bucată de fier alungită tinde să se alinieze cu câmpul, similar unei ace de busolă.

Într-un motor cu rotor permanent (IPM), rotorul nu este magnetic „omogen”: el permite trecerea câmpului magnetic mai ușor în anumite direcții decât în altele, din cauza spațiilor create de montarea magneților. Se spune că are o sațietate magnetică. În limbajul controlului vectorial, inductanța sa nu este aceeași pe axa d (aliniată cu magneții) și pe axa q (la 90°).

Rezultat: cuplul total al unui motor IPM are două surse.

• cuplul magnetic, similar cu cel dintr-un motor cu magneți permanenți (SPM), este generat de curentul q;
• cuplul de reluctanță, produs prin combinația curenților d și q, datorită diferenței de inductanță dintre cele două axe.

Ce impact are acest lucru asupra comenzii?

Într-un motor cu imbinare în pavilion (SPM), curentul "d" nu produce cuplu: sistemul de control vectorial (FOC) îl menține la zero. Într-un motor cu imbinare în pavilion parțial (IPM), un curent "d" bine ales, negativ, adaugă cuplu de reluctanță. Pentru un cuplu dat, există o combinație de curenți "d" și "q" care necesită cel mai mic număr posibil de amperi: aceasta este strategia MTPA, adică "Cuplu Maxim pe Amper", adică obținerea celui mai mare cuplu posibil pentru un anumit consum de curent.

Controlerul trebuie să cunoască cele două inductanțe ale motorului și să calculeze distribuția corectă în fiecare moment, ceea ce necesită o caracterizare mai detaliată a motorului.

De ce motoarele cu rotor intern (IPM) sunt preferate în industria auto?

• Funcționează rapid: Magneții sunt protejați în carcasă, permițând viteze de rotație ridicate.
• Funcționează bine în regim de defluxare: Dincolo de viteza sa de bază, menține o putere utilă într-o gamă largă de viteze, datorită curentului. Consultați ghidul nostru despre defluxare.
• Economisește magneți: O parte din cuplu provine din reluctanță, ceea ce permite reducerea cantității de magneți, care sunt costisitori.

Unii producători merg mai departe, utilizând motoare numiți „motoare sincrone cu reluctanță asistate de magneți”, unde reluctanța furnizează cea mai mare parte a cuplului, iar magneții oferă un plus de putere.

Și pe un scuter electric?

Un motor cu butuc pentru trotinete se rotește lent (roata este antrenată direct) și are nevoie de un cuplu mare chiar de la pornire. Motorul SPM cu rotor exterior este foarte potrivit pentru această aplicație: are un diametru mare, mulți magneți, oferă un cuplu direct și are o construcție simplă. Motorul IPM își dovedește utilitatea în motoarele care se rotesc rapid și antrenează roata printr-o reducere, așa cum se întâmplă la motocicletele și automobilele electrice.

Nos moteurs de trottinette électrique sont des moteurs moyeux de ce type, en versions High Speed et High Torque.