Về cấu tạo động cơđồng bộ nam châm vĩnh cửu, cuộn dây stator giống nhưở động cơđồng bộ rotor dây quấn, nhưng cuộn kích từ của rotor được thay thế bằng nam châm vĩnh cửu. Ưu điểm của động cơ này là triệt tiêu tổn thất đồng ở rotor, nhưng lại mất đi sự linh hoạt trong điều khiển từ thông so với động cơđồng bộ rotor dây quấn. Với những loại nam châm vĩnh cửu có mật độ năng lượng cao như NdFeB, kích thước động cơ sẽ nhỏ hơn với momen quán tính thấp hơn, rất thuận lợi cho nhiều ứng dụng truyền động.
Dù giá thành động cơđồng bộ nam châm vĩnh cửu đắt hơn, nhưng bù lại nó có hiệu suất cao hơn. Trong vài năm trở lại đây, giá thành NdFeB có xu hướng giảm dẫn đến động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu cực chìm càng được ứng dụng rộng rãi. Dải công suất sử dụng thường là trung bình và thấp và thường nhỏ hơn 100kW.
Động cơđồng bộ nam châm vĩnh cửu có thể chia ra làm hai loại đó là: động
cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu cực tròn (SPMSM: Surface Permanent Magnet
Synchronous Motor) và động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu cực chìm (IPMSM:
Interior Permanent Magnet Synchronous Motor).
¾ Ở động cơ SPM, nam châm vĩnh cửu được gắn đều trên bề mặt rotor, khe hở không khí lớn, đồng bộ. Do đó điện cảm đồng bộ ngang trục và dọc trục xấp xỉ bằng nhau (Ld = Lq), ảnh hưởng của phản ứng phần ứng cũng bị giảm do điện cảm từ hóa nhỏ, mật độ từ thông khe hở không khí phân phối đều, do vậy độ đập mạch momen nhỏ.
Chương 2: Động cơđồng bộ nam châm vĩnh cửu cực chìm (IPM motor)
12
¾ Ở động cơ IPM, khe hở không khí không đều do bố trí nam châm trên rotor
không đều, ở vị trí trục d lớn hơn trục q (Ld < Lq), phản ứng phần ứng có phần vượt trội, ảnh hưởng của khe hở không khí nhỏ và khá bền vững. Động cơ IPM có những ưu điểm khiến ta phải chú ý như: khả năng momen sinh ra lớn hơn, tốc độ cao hơn, điều chỉnh từ thông được nhiều hơn.
Hình 2.1-1: Động cơđồng bộ nam châm vĩnh cửu cực chìm.
Vật liệu dùng để sản xuất nam châm vĩnh cửu khá đa dạng, đầu tiên là thép cứng. Nam châm được làm từ thép dễ dàng bị từ hóa. Tuy nhiên, chúng chỉ có thể mang năng lượng rất nhỏ và dễ dàng bị khử từ.
Hiện nay, các nhà khoa học đã nghiên cứu và chế tạo được các vật liệu làm
nam châm mới như Aluminum Nickel, thép Cobalt (ALNICO), Strontium Ferrite
hoặc Barium Ferrite, Samarium Cobalt (SmCo), Neodymium – Iron – Boron
(NdFeB). Trong số các vật liệu này, nam châm làm từ Neodium – sắt – Boor
(NdFeB) có mật độ năng lượng cao nhất, từ dư lớn nhất và độ từ kháng Hc lớn nhất, do đó giảm trọng lượng của máy điện. Vật liệu này ngày càng được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng công nghiệp.
Với các tính năng như trên, IPM khẳng định là giải pháp rất đáng quan tâm trong việc sử dụng động cơđiện trong ô tô điện.
13