Nếu bạn đang thiết kế hoặc lựa chọn một động cơ nam châm vĩnh cửu, hiểu rõ sự khác biệt giữa Nam châm vĩnh cửu bề mặt (SPM) và Nam châm vĩnh cửu trong lòng (IPM) động cơ là điều cực kỳ quan trọng. Hai thiết kế này cung cấp năng lượng cho hầu hết các động cơ truyền động xe điện, truyền động công nghiệp, và turbine gió—nhưng chúng mang lại kết quả rất khác nhau. Từ đầu ra mô-men xoắn và hiệu quả to độ phức tạp trong sản xuất và chi phí, việc biết khi nào nên chọn SPM so với IPM có thể quyết định thành công hoặc thất bại về hiệu suất và ngân sách của dự án của bạn. Trong hướng dẫn này, chúng tôi sẽ phân tích các điểm khác biệt chính về cấu trúc và điện từ, dựa trên những hiểu biết từ NBAEM—nhà cung cấp nam châm NdFeB đáng tin cậy cho các nhà lãnh đạo toàn cầu như FAW và Siemens. Sẵn sàng khám phá xem vị trí đặt nam châm nào phù hợp nhất với nhu cầu của bạn? Hãy bắt đầu nào.

Sự khác biệt cấu trúc cốt lõi: Nam châm vĩnh cửu bề mặt so với trong lòng

Nam châm vòng Neodymium

Khi so sánh Nam châm vĩnh cửu bề mặt (SPM) và Nam châm vĩnh cửu trong lòng (IPM), điểm khác biệt chính nằm ở cách đặt nam châm trên roto.

Đặc điểm Nam châm vĩnh cửu bề mặt (SPM) Nam châm vĩnh cửu trong lòng (IPM)
Vị trí nam châm Nam châm dán trực tiếp trên bề mặt roto Nam châm nhúng trong các khe của lõi roto
Hình ảnh trực quan Rotor hình trụ với nam châm lộ ra ngoài Mặt cắt ngang của rotor cho thấy các khe chứa nam châm
Độ phức tạp trong Sản xuất Lắp ráp đơn giản, nam châm dán hoặc kết dính Yêu cầu gia công chính xác cho các khe chứa nam châm
Bảo vệ rotor Nam châm tiếp xúc với môi trường Nam châm được bảo vệ bên trong vật liệu rotor

Rotor SPM trông giống như một hình trụ mịn với nam châm rõ ràng, trong khi rotor IPM cho thấy nam châm được cất giữ an toàn trong các khe bên trong khi xem ở mặt cắt ngang.

Tác động của sản xuất

  • SPM: Nhanh hơn và tiết kiệm chi phí hơn để sản xuất. Thích hợp cho các ứng dụng có yêu cầu cơ khí ít nghiêm ngặt hơn.
  • IPM: Quá trình sản xuất phức tạp hơn do các khe chứa nam châm chính xác, nhưng cung cấp khả năng giữ nam châm tốt hơn và độ bền cấu trúc cao hơn.

Hiểu các khác biệt về cấu trúc này giúp bạn chọn vị trí đặt nam châm phù hợp với hiệu suất và nhu cầu sản xuất của động cơ.

So sánh Hiệu suất: Nam châm vĩnh cửu bề mặt vs. Nam châm vĩnh cửu trong

Đặc điểm Nam châm vĩnh cửu bề mặt (SPM) Nam châm vĩnh cửu trong lòng (IPM)
Sinh công suất mô-men xoắn Chỉ mô-men xoắn nam châm vĩnh cửu (PM) Kết hợp mô-men xoắn PM + mô-men xoắn phản kháng (tăng cường 15–25%)
Phạm vi tốc độ tối đa Hạn chế bởi lực giữ của nam châm (nguy cơ nam châm bị rơi ra ở tốc độ cao) Phạm vi rộng hơn nhờ khả năng giảm trường (mở rộng tốc độ duy trì công suất bằng 2–3 lần)
Hiệu quả ở tải trọng cao Hiệu quả tốt Hiệu quả vượt trội nhờ đóng góp mô-men xoắn từ lực từ
Mật độ công suất Mật độ công suất vừa phải Mật độ công suất cao với khả năng tạo mô-men xoắn tốt hơn trên thể tích
Nguy cơ mất từ tính Nguy cơ cao hơn do nam châm phơi bày Nguy cơ thấp hơn vì nam châm được nhúng và bảo vệ tốt hơn

Việc bổ sung mô-men xoắn từ lực từ trong các thiết kế IPM không chỉ nâng cao tổng mô-men xoắn đầu ra mà còn cải thiện hiệu quả của động cơ dưới tải nặng. Ngược lại, động cơ SPM có cách bố trí nam châm đơn giản hơn nhưng gặp giới hạn trong các ứng dụng tốc độ cao và mô-men xoắn lớn do vấn đề phơi bày và giữ nam châm.

Để có cái nhìn sâu hơn về các loại cấp độ nam châm phù hợp cho các thiết kế này, hãy xem các dòng vật liệu nam châm neodymium của NBAEM Vật liệu nam châm neodymium.

Ưu điểm điện từ của SPM so với IPM

 

Một trong những ưu điểm lớn nhất về điện từ của thiết kế nam châm vĩnh cửu trong (IPM) là mô-men xoắn từ, có thể tăng tổng mô-men xoắn lên 15–25% so với động cơ nam châm vĩnh cửu bề mặt (SPM). Điều này xuất phát từ cách bố trí nam châm khéo léo bên trong rotor, tạo ra mô-men xoắn bổ sung từ sự nổi bật từ trường của rotor.

Ngược lại, động cơ SPM có một đường dẫn từ trường đơn giản hơn, dẫn đến điện cảm thấp hơn và phản hồi động nhanh hơn. Điều này có nghĩa là sự thay đổi nhanh hơn về mô-men xoắn và tốc độ, hữu ích cho các ứng dụng cần kiểm soát nhanh.

Một điểm nổi bật khác là làm yếu trường: Động cơ IPM có thể mở rộng an toàn phạm vi tốc độ công suất liên tục của chúng bằng 2 đến 3 lần nhờ vào cấu hình nam châm bên trong, cho phép hoạt động hiệu quả ở tốc độ cao hơn. Động cơ SPM thường không có khả năng này vì nam châm của chúng được đặt ở bề mặt, điều này giới hạn hiệu suất ở tốc độ cao.

Cùng nhau, những đặc điểm điện từ này khiến động cơ IPM trở thành lựa chọn hàng đầu cho các ứng dụng hiệu suất cao như truyền động xe điện nơi mô-men xoắn, hiệu quả và phạm vi tốc độ là yếu tố quan trọng nhất. Để tìm hiểu sâu hơn về vai trò của độ mạnh của nam châm trong hiệu suất động cơ, hãy xem hướng dẫn của NBAEM về cách đo độ mạnh của nam châm.

Độ tin cậy nhiệt và cơ khí

Nam châm vĩnh cửu bề mặt (SPM) nằm lộ ra trên bề mặt rôto, điều này khiến chúng dễ bị điểm nóng nhiệt trong quá trình vận hành tải trọng cao. Việc này có thể gây ra sự hỏng dính theo thời gian, khi vật liệu keo yếu đi dưới tác động của nhiệt. Ngược lại, nam châm vĩnh cửu bên trong (IPM) được nhúng bên trong lõi rôto, cung cấp khả năng tản nhiệt tốt hơn và độ bền cơ học được cải thiện. Việc nhúng này bảo vệ nam châm khỏi hư hỏng cơ học và giảm nguy cơ mất từ do quá nhiệt.

Đối với các thiết kế SPM, NBAEM cung cấp lớp phủ chống ăn mòn—như epoxy kết hợp với mạ NiCuNi—giúp tăng độ bền và ngăn ngừa sự suy giảm của nam châm do tiếp xúc môi trường. Những lớp bảo vệ này rất cần thiết khi nam châm được gắn trên bề mặt và dễ bị mài mòn cơ học và nhiệt hơn.

Việc tập trung vào độ bền nhiệt và cơ học này rất quan trọng khi lựa chọn giữa động cơ SPM và IPM cho các ứng dụng đòi hỏi cao như truyền động xe điện hoặc điều khiển công nghiệp. Để biết thêm về vật liệu nam châm và lớp phủ, dòng sản phẩm nam châm vòng neodymium của NBAEM cung cấp các giải pháp phù hợp với khả năng chịu nhiệt và tuổi thọ cao.

Phân tích chi phí & sản xuất

Động cơ Nam châm vĩnh cửu bề mặt (SPM) có lợi thế về chi phí dụng cụ thấp hơn và quy trình lắp ráp nhanh hơn, phù hợp cho các ứng dụng dưới 100 kW nơi ngân sách và tốc độ sản xuất quan trọng. Cấu trúc rôto đơn giản hơn của chúng đồng nghĩa với ít bước gia công hơn và dễ dàng hơn trong việc đặt nam châm.

Ngược lại, động cơ Nam châm vĩnh cửu bên trong (IPM) có thiết kế rôto phức tạp hơn vì nam châm được nhúng bên trong lõi. Sự phức tạp này làm tăng chi phí sản xuất và đòi hỏi gia công chính xác. Tuy nhiên, nhiều thiết kế IPM tiết kiệm vật liệu đồng bằng cách tối ưu hóa quấn dây rôto, điều này có thể bù đắp một phần chi phí.

Về mặt vật liệu, động cơ IPM sử dụng ít hơn khoảng 10–20% vật liệu nam châm NdFeB để cung cấp cùng một mô-men xoắn như SPM, nhờ vào hiệu quả của mạch từ cải tiến. Việc tiết kiệm nam châm này là yếu tố then chốt giúp giảm trọng lượng và chi phí tổng thể của động cơ, đặc biệt trong sản xuất xe điện số lượng lớn.

Đối với các nhà sản xuất quan tâm đến chi tiết vật liệu nam châm, việc khám phá các công nghệ nam châm tiên tiến của NBAEM giúp tối ưu hóa lựa chọn cấp độ nam châm và hiệu quả chi phí.

Vị trí ứng dụng phù hợp

So sánh Nam châm vĩnh cửu bề mặt và nội bộ

Ảnh từ kỹ thuật điều khiển  

Động cơ nam châm vĩnh cửu bề mặt (SPM) phù hợp tuyệt vời cho các thiết bị gia dụng, bơm tốc độ thấp và drone nhạy cảm về chi phí. Thiết kế đơn giản hơn và chi phí thấp hơn khiến chúng trở thành lựa chọn lý tưởng khi ngân sách và dễ dàng sản xuất là yếu tố chính. Ngược lại, động cơ nam châm vĩnh cửu trong (IPM) thực sự nổi bật trong các ứng dụng đòi hỏi cao như động cơ truyền động xe điện—hãy nghĩ đến Tesla Model 3 và NIO ET7—nơi mà mật độ công suất cao, hiệu quả tốt hơn và khả năng giảm từ trường là quan trọng nhất. IPM cũng phổ biến trong các hệ truyền động cánh quạt gió và các trục quay tốc độ cao nhờ vào độ bền cơ học và lợi thế về nhiệt.

Cũng có các trường hợp lai đáng chú ý: BMW i4 sử dụng rotor IPM để đạt hiệu suất tối ưu, trong khi Renault Zoe chọn thiết kế SPM để giảm chi phí mà không hy sinh quá nhiều. Sự cân bằng này cho thấy việc lựa chọn giữa SPM và IPM phụ thuộc nhiều vào yêu cầu và ưu tiên của từng ứng dụng cụ thể.

Bản đồ sản phẩm NBAEM cho nam châm SPM và IPM

NBAEM cung cấp các loại nam châm đặc biệt phù hợp cho cả động cơ nam châm vĩnh cửu bề mặt (SPM) và trong (IPM), tối ưu hóa hiệu suất và độ tin cậy trong các ứng dụng khác nhau.

  • Các loại SPM: Nam châm vòng cung N52SH, kích thước từ R30 đến R55 mm, được thiết kế với nhiệt độ đánh giá 120°C. Những nam châm này lý tưởng cho các thiết lập gắn mặt nổi bật, nơi hiệu suất từ trường ổn định và dễ lắp đặt là ưu tiên hàng đầu.
  • Các loại IPM: Đối với rotor nam châm vĩnh cửu trong, NBAEM cung cấp nam châm khối M45UH. Những nam châm này tối ưu cho việc nhét vào lõi rotor và có nhiệt độ đánh giá cao hơn là 180°C, đảm bảo độ bền dưới các điều kiện nhiệt và cơ học khắc nghiệt.

Một ví dụ thực tế nổi bật về ảnh hưởng của NBAEM: một nhà cung cấp xe điện hạng nhất đã giảm chi phí 30% bằng cách chuyển từ nam châm thông thường sang các khối IPM của NBAEM. Điều này không chỉ thể hiện hiệu quả về vật liệu và sản xuất mà còn chứng minh giá trị của các thiết kế nam châm tiên tiến trong phát triển động cơ truyền động xe điện.

 

Danh sách kiểm tra lựa chọn: Chọn SPM hoặc IPM trong 2 phút

Để quyết định nhanh giữa động cơ Nam châm vĩnh cửu bề mặt (SPM) và trong (IPM), hãy tự hỏi 7 câu hỏi quan trọng sau:

Câu hỏi Nếu Có → Chọn SPM Nếu Không → Xem xét IPM
Ứng dụng của bạn có tốc độ thấp đến trung bình không? ✔ Lý tưởng cho kỳ thi SPM
Bạn có cần mô-men xoắn cao kèm tăng reluctance không? ✔ IPM phù hợp nhất với điều này
Bạn có cần kích thước nhỏ gọn và mật độ công suất cao không? ✔ Ưu tiên IPM
Động cơ có hoạt động ở tốc độ cao với yếu tố yếu từ trường không? ✔ IPM vượt trội
Chi phí ban đầu thấp có phải là ưu tiên không? ✔ SPM có quy trình sản xuất đơn giản hơn
Bạn có lo lắng về rủi ro mất từ tính không? ✔ Nam châm IPM được nhúng và an toàn hơn
Bạn yêu cầu hiệu suất cao khi tải trọng? ✔ IPM cung cấp hiệu quả tốt hơn

Ma trận Ưu tiên Tốc độ so với Mô-men xoắn

Ưu tiên Loại động cơ tốt nhất
Tốc độ cao IPM (giảm yếu từ mở rộng tốc độ)
Mô-men xoắn cao IPM (tăng mô-men xoắn do lực từ)
Cân bằng SPM (thiết kế đơn giản hơn, mô-men xoắn vừa phải)

Sử dụng danh sách kiểm tra nhanh này để thu hẹp lựa chọn động cơ dựa trên mục tiêu hiệu suất và chi phí của bạn. Để biết thêm về vật liệu nam châm và cách chúng được sử dụng trong động cơ, hãy xem Vật liệu từ trong công nghệ động cơ .