Поверхностный постоянный магнит против внутреннего постоянного магнита

Если вы проектируете или выбираете постоянный магнитный двигатель, понимание разницы между Поверхностными постоянными магнитами (SPM) и Внутренними постоянными магнитами (IPM) двигателями имеет решающее значение. Эти два типа конструкций питают большинство современных тяговых двигателей электромобилей, промышленных приводов и ветряных турбин — но они дают очень разные результаты. От выхода крутящего момента и эффективности to сложности производства и стоимость, знание, когда выбирать SPM против IPM может определить успех или неудачу производительности и бюджета вашего проекта. В этом руководстве мы разберем ключевые структурные и электромагнитные отличия, подкрепленные инсайтами от NBAEM — надежного поставщика магнитов NdFeB для мировых лидеров, таких как FAW и Siemens. Готовы узнать, какое размещение магнита лучше всего соответствует вашим потребностям? Давайте начнем.

Основные структурные различия: Поверхностные против внутренних постоянных магнитов

При сравнении Поверхностные постоянные магниты (SPM) и Внутренние постоянные магниты (IPM), основное отличие заключается в том, как магниты размещены на роторе.

Роторы SPM выглядят как гладкий цилиндр с явно видимыми магнитами, в то время как роторы IPM показывают магниты, надежно спрятанные внутри пазов при поперечном сечении.

Влияние производства

• СПМ: Быстрее и дешевле в производстве. Идеально для приложений с менее строгими механическими требованиями.
• ИПМ: Более сложное производство из-за точной обработки карманов для магнитов, но обеспечивает лучшее удержание магнитов и структурную прочность.

Понимание этих структурных различий помогает выбрать правильное расположение магнитов для оптимальной производительности и требований производства вашего двигателя.

Сравнение характеристик: поверхностьный постоянный магнит против внутреннего постоянного магнита

Добавление reluctance-торка в конструкции IPM не только увеличивает общий крутящий момент, но и повышает эффективность двигателя при тяжелых нагрузках. С другой стороны, двигатели SPM имеют более простое размещение магнитов, но сталкиваются с ограничениями при высоких скоростях и больших крутящих моментах из-за открытых магнитов и проблем с удержанием.

Для более глубокого понимания подходящих марок магнитов для этих конструкций ознакомьтесь с ассортиментом высокопроизводительных материалов NBAEM неодимовые магниты.

Электромагнитные преимущества SPM против IPM

Одним из главных электромагнитных преимуществ конструкции с внутренним постоянным магнитом (IPM) является его reluctance-торк, который может увеличить общий крутящий момент на 15–25% по сравнению с двигателями с поверхностным постоянным магнитом (SPM). Это достигается благодаря умному способу размещения магнитов внутри ротора, создавая дополнительный крутящий момент за счет магнитной заметности ротора.

С другой стороны, двигатели SPM имеют более простой путь магнитного потока, что приводит к меньшей индуктивности и более быстрому динамическому отклику. Это означает более быстрые изменения крутящего момента и скорости, что полезно для приложений, требующих быстрого управления.

Еще одним выделяющимся аспектом является ослабление поля: двигатели IPM могут безопасно расширять свой диапазон постоянной мощности на скорости за счет в 2-3 раза благодаря внутренней компоновке магнитов, что позволяет эффективно работать на более высоких скоростях. Двигатели SPM обычно не обладают этой возможностью, поскольку их магниты расположены на поверхности, что ограничивает их высокоскоростные характеристики.

В совокупности эти электромагнитные свойства делают двигатели IPM предпочтительным выбором для высокопроизводительных приложений, таких как тяга электромобилей, где важны крутящий момент, эффективность и диапазон скорости. Для более глубокого понимания роли магнитной силы в характеристиках двигателя ознакомьтесь с руководством NBAEM по как измерить силу магнита.

Тепловой и механической надежности

Поверхностные постоянные магниты (SPM) расположены на поверхности ротора, что делает их уязвимыми к тепловым точкам при высокой нагрузке. Такое расположение может со временем привести к отказам клеевых соединений, поскольку связующий материал ослабевает под воздействием тепла. В отличие от них, внутренние постоянные магниты (IPM) встроены внутри сердечника ротора, что обеспечивает лучшее рассеивание тепла и повышенную механическую прочность. Такое внедрение защищает магниты от механических повреждений и снижает риск демагнетизации, вызванной перегревом.

Для конструкций SPM NBAEM предоставляет антикоррозийные покрытия — такие как эпоксидные смолы в сочетании с никель-кадмиевым покрытием — которые повышают долговечность и помогают предотвращать деградацию магнитов под воздействием окружающей среды. Эти защитные слои необходимы, когда магниты монтируются на поверхности и более уязвимы к механическим и тепловым износам.

Этот акцент на тепловую и механическую устойчивость критичен при выборе между SPM и IPM для требовательных приложений, таких как тяга электромобилей или промышленные приводы. Для более подробной информации о материалах магнитов и покрытиях ассортимент NBAEM из неодимовых кольцевых магнитов предлагает решения, ориентированные на термическую устойчивость и долговечность.

Анализ стоимости и производства

Двигатели с поверхностными постоянными магнитами (SPM) выигрывают за счет меньших затрат на инструменты и более быстрой сборки, что делает их отличным выбором для приложений мощностью до 100 кВт, где важны бюджет и скорость производства. Их более простая конструкция ротора означает меньше этапов обработки и более легкое размещение магнитов.

С другой стороны, двигатели IPM имеют более сложную конструкцию ротора, поскольку магниты встроены внутри сердечника. Эта сложность увеличивает затраты на производство и требует точной обработки. Однако многие конструкции IPM экономят медь за счет оптимизации обмоток ротора, что может компенсировать часть расходов.

Материально, двигатели IPM используют примерно на 10–20% меньше магнетитового материала NdFeB для достижения такого же крутящего момента, благодаря повышенной эффективности магнитной цепи. Эта экономия магнита является ключевым фактором снижения общего веса и стоимости двигателя, особенно при массовом производстве электромобилей.

Для производителей, заинтересованных в деталях магнитных материалов, изучение передовых магнитных технологий NBAEM помогает оптимизировать выбор класса магнита и повысить экономическую эффективность.

Оптимальные области применения

Фото из контрольная инженерия  

Двигатели с постоянными магнитами на поверхности (SPM) отлично подходят для бытовых приборов, насосов низкой скорости и дронов с ограниченным бюджетом. Их более простая конструкция и меньшая стоимость делают их идеальными, когда важны бюджет и простота производства. С другой стороны, двигатели с внутренними постоянными магнитами (IPM) особенно хорошо проявляют себя в требовательных приложениях, таких как тяговые двигатели электромобилей — например, Tesla Model 3 и NIO ET7 — где важны высокая плотность мощности, лучшая эффективность и возможности ослабления поля. IPM также широко используются в ветровых приводах и высокоскоростных шпинделях благодаря своей механической прочности и тепловым преимуществам.

Также есть гибридные случаи, которые стоит отметить: BMW i4 использует ротор IPM для оптимальной производительности, в то время как Renault Zoe выбирает дизайн SPM, чтобы снизить затраты без существенной потери характеристик. Этот баланс показывает, что выбор между SPM и IPM во многом зависит от конкретных требований и приоритетов приложения.

Карта продуктов NBAEM для магнитов SPM и IPM

NBAEM предлагает специализированные классы магнитов, адаптированные как для двигателей с поверхностными постоянными магнитами (SPM), так и для внутренних постоянных магнитов (IPM), оптимизируя производительность и надежность в различных приложениях.

• Классы SPM: Круглые магниты N52SH, размером от R30 до R55 мм, рассчитаны на температуру 120°C. Эти магниты идеально подходят для классических установок с монтажом на поверхность, где важна стабильная магнитная производительность и простота сборки.
• Классы IPM: Для внутренних роторных магнитов NBAEM предоставляет блоки магнитов M45UH. Они оптимизированы для встраивания в сердечник ротора и имеют более высокий температурный рейтинг 180°C, что обеспечивает долговечность при тяжелых тепловых и механических нагрузках.

Реальный пример показывает влияние NBAEM: поставщик электромобилей уровня Tier-1 снизил стоимость на 30% при переходе с обычных магнитов на заготовки NBAEM IPM. Это демонстрирует не только эффективность материалов и производства, но и ценность передовых конструкций магнитов в разработке тяговых двигателей для электромобилей.

Контрольный список выбора: выберите SPM или IPM за 2 минуты

Чтобы быстро определиться между двигателем с поверхностными постоянными магнитами (SPM) и внутренним постоянным магнитом (IPM), задайте себе эти 7 ключевых вопросов:

Матрица приоритетов скорости и крутящего момента

Используйте этот быстрый чек-лист, чтобы сузить выбор мотора на основе ваших целей по производительности и стоимости. Для получения дополнительной информации о материалах магнитов и их использовании в моторах, ознакомьтесь с Магнитные материалы в моторостроении .