Motory IPM a SPM: magnety v povrchu alebo vo vnútri – aký je medzi nimi rozdiel?

Otvorte motor v náboji kolies elektrickej kolobežky: magnety sú prilepené k povrchu rotora. Otvorte motor v novšom elektrickom vozidle: často sú magnety umiestnené v drážkach, vo vnútri vrstvy lamiel rotora. Tento rozdiel v umiestnení vytvára dve kategórie synchrónnych motorov s permanentnými magnetmi: SPM a IPM. To mení spôsob, akým motor vytvára krútiaci moment, a jeho schopnosť dosiahnuť vysoké otáčky.

Dva spôsoby umiestnenia magnetov

SPM: Magnety na povrchu

SPM znamená "permanentný magnet na povrchu". Magnety sú prilepené na povrchu rotora, oproti vinutiam. Konštrukcia je jednoduchá a celý magnetický tok priamo pôsobí. Väčšina motorov v kolesách elektrických kolobežiek, s vonkajším rotorom, je tohto typu: magnety pokrývajú vnútornú časť krytu, ktorý sa otáča.

Obmedzenie: Pri veľmi vysokých rýchlostiach na rotore s vnútorným usporiadaním magnetov, odstredivá sila má tendenciu odtrhnúť magnety, ktoré je potom potrebné upevniť, teda fixovať, pomocou krúžku.

IPM: vnútorné magnety

IPM znamená "Interiér s trvalo magnetizovanými magnetmi". Magnety sú vkladané do výklenkov vyrezaných v platniach rotora, často usporiadaných do tvaru V. Sú mechanicky chránené a tvar železa okolo nich vytvára dodatočný efekt, ktorý je popísaný nižšie.

Krútiaci moment závislý od magnetickej reluktancie

Železo je priťahované magnetickým poľom, dokonca aj bez prítomnosti magnetu: toto je reluktancia. Dlhý kus železa má tendenciu zarovnať sa s magnetickým poľom, podobne ako ihla kompasu.

V IPM motore, rotor nie je magneticky "okrúhly": umožňuje prechod magnetického poľa ľahšie v niektorých smeroch ako v iných, kvôli priestorom pre magnety, ktoré predstavujú malé medzery. Hovorí sa, že má saillanciu. V jazyku vektorového riadenia, jeho indukčnosť nie je rovnaká na osi d (zameranej v smere magnetov) a na osi q (v uhle 90°).

Výsledkom je, že celkový krútiaci moment motora IPM má dva zdroje.

• moment magnetického toku, ako pri SPM (Surface Permanent Magnet), ktorý je generovaný prúdom q;
• krútiaci moment, ktorý vzniká kombináciou prúdov d a q, vďaka rozdielu indukčnosti medzi oboma osami.

Čo to mení pre ovládanie

V systéme SPM, prúd *d* nevytvára krútiaci moment: vektorové riadenie ho udržuje na nule. V systéme IPM, správne zvolený, negatívny prúd *d* pridáva krútiaci moment vďaka reluktančnej sile. Pre daný krútiaci moment existuje teda kombinácia prúdov *d* a *q*, ktorá vyžaduje čo najmenej ampérov: toto je stratégia MTPA, čo znamená „Maximálny krútiaci moment na ampér“, teda čo najviac krútiaceho momentu na ampér.

Ovládač musí v tomto prípade poznať dve indukčnosti motora a vypočítať správne rozdelenie energie v každom okamihu, čo si vyžaduje detailnejšiu charakterizáciu motora.

Prečo sú motory IPM (Interior Permanent Magnet) dominantné v automobilovom priemysle?

• Rýchlo sa točí: Magnety sú chránené v železe, čo umožňuje dosiahnuť vysoké otáčkové rýchlosti.
• Má dobrý efekt oslabenia magnetického poľa: Okrem svojej základnej rýchlosti, udržuje užitočný výkon v širokom rozsahu rýchlostí vďaka prúdu. Pozrite si náš návod o oslabení magnetického poľa.
• Šetrí magnety: Časť krútiaceho momentu pochádza z reaktancie, čo umožňuje znížiť množstvo magnetov, ktoré sú nákladné.

Niektorí výrobcovia idú ešte ďalej a používajú motory, ktoré sa nazývajú „synchrónne motory s relukčnou asistenciou a magnetmi“, kde relukcia poskytuje väčšinu krútiaceho momentu a magnety ho dopĺňajú.

A čo sa týka skútrov?

Motor umiestnený v náboji kolies skútra sa otáča pomaly (koleso je poháňané priamo) a potrebuje veľký krútiaci moment už od nízkych otáčok. SPM s vonkajším rotorom je pre toto veľmi vhodný: má veľký priemer, veľa magnetov, poskytuje priamy krútiaci moment a má jednoduchú konštrukciu. IPM je zase najvýhodnejší pre motory, ktoré sa otáčajú rýchlo a poháňajú koleso cez prevodový pomer, ako je to u elektrických motocyklov a automobilov.

Naše motory pre elektrické skútre sú motory s priamym pohonom, dostupné vo verziách s vysokou rýchlosťou a vysokým krútiacim momentom.