Преимущества двигателей с постоянным магнитом и проблемы выбора

Спрос на высокопроизводительные, энергоэффективные двигатели продолжает расти в современных промышленных и транспортных приложениях.Постоянные магнитные двигатели (ПММ) заняли доминирующее положение во многих областях применения благодаря их исключительной производительности при низких скоростях, высокой эффективности и компактной структуры.PMM не лишены ограничений, их присущие характеристики создают несколько проблем, которые требуют тщательного анализа и компромиссов в практическом применении.В этом докладе представлена всеобъемлющая экспертная точка зрения на преимущества и ограничения ПММ, предлагающая руководства для инженеров и лиц, принимающих решения в области выбора и применения двигателей.

Двигатели с постоянным магнитом используют постоянные магниты для создания магнитных полей.ПММ не требуют дополнительного возбуждающего тока для поддержания своего магнитного поляДвигатель состоит в основном из статора и ротора, с постоянными магнитами, установленными на роторе, и обмотками арматуры, завернутыми на статор.Когда ток протекает через обмотки статора, полученное электромагнитное поле взаимодействует с постоянным магнитным полем, чтобы произвести крутящий момент, который приводит к вращению двигателя.

На основе конфигураций монтажа магнитов, PMM можно классифицировать на несколько основных типов:

• На поверхности установленный ПММ (SPM):Магниты устанавливаются непосредственно на поверхности ротора.
• Внутренний ПММ (IPM):Магниты встроены в ротор, что обеспечивает лучшую механическую прочность и более высокую скорость.IPM могут использовать отказоустойчивый крутящий момент с помощью оптимизированного дизайна магнитной схемы для повышения плотности мощности и эффективности.
• Концентрированный намотный ПММ:Он имеет намотки статора, сконцентрированные вокруг отдельных зубов, что уменьшает сопротивление намотки и индуктивность для повышения эффективности и плотности мощности.
• ПММ радиального потока:Наиболее распространенный тип с магнитными полями, перпендикулярными оси вала, широко используется в промышленности и транспорте.
• PMM осевого потока:Обладает параллельными магнитными полями к оси вала, предлагая компактные конструкции, идеальные для ограниченных пространством приложений.

К основным компонентам PMM относятся:

• Постоянные магниты:Основной компонент, обеспечивающий стабильные магнитные поля, обычно изготовленный из неодима-железо-бора (NdFeB), самария-кобальта (SmCo) или ферритовых материалов.
• Намотки статора:Медные или алюминиевые обмотки, генерирующие электромагнитный крутящий момент.
• Корня ротора и статора:Кремниевые стальные ламинированные материалы, которые завершают магнитную цепь.
• Подшипники:Поддержите ротор для плавной работы.
• Жилье:Защищает внутренние компоненты и обеспечивает теплоразведение.

• Высокая эффективность:Устранение возбуждающего тока значительно снижает потери энергии, особенно выгодно в условиях частичной нагрузки.
• Высокая плотность мощности:Выпускает значительную мощность в компактных формах, идеально подходит для электромобилей и робототехники.
• Отличная производительность при низких скоростях:Обеспечивает стабильный крутящий момент при низких скоростях, подходит для сервосистем и ветряных турбин.
• Быстрая реакция:Низкая инерция обеспечивает быструю динамическую производительность для робототехники и машин с ЧПУ.
• Компактная конструкция:Устранение намотки возбуждения и скользящих колец уменьшает размер и вес.
• Низкий шум:Синусоволновое управление током и оптимизированная механическая конструкция минимизируют эксплуатационный шум.

• Ограничения скорости:Сверхэлектромагнитное поле при высоких скоростях приближается к напряжению питания инвертора, ограничивая эффективность управления током.
• Ограничения ослабления поля:Двигатели IPM, использующие методы ослабления поля, сталкиваются с практическими ограничениями диапазона скоростей (соотношение ~ 4: 1) и увеличением потерь.
• Управление неисправностями:Внутреннее обратное электромагнитное поле может вызывать постоянный ток во время сбоев, создавая опасности для безопасности.
• Чувствительность к температуре:Высокие температуры могут вызывать демогнетизацию (кроме редкоземельных кобальтовых магнитов).
• Механическая прочность:Высокоскоростная работа рискует отделить магнит из-за центробежных сил.
• Содержание и утилизация:Сложные требования к демонтажу и специализированные процессы переработки.
• Более высокая стоимость:Материалы с постоянным магнитом увеличивают стоимость производства по сравнению с традиционными двигателями.

Ключевые соображения включают диапазон скоростей, требования крутящего момента/мощности, цели эффективности, условия окружающей среды, ограничения размера, бюджет, потребности в надежности, методологию управления,и требования к защите.

Выбирайте между SPM (низкоскоростной, затратоспособной), IPM (высокоскоростной, энергоемкой), концентрированной обмоткой (высокоэффективной) или осевым потоком (обремененным пространством) на основе приоритетов применения.

Выберите NdFeB для максимальной производительности (ограниченная терпимость к температуре), SmCo для применения при высоких температурах или феррит для затратных применений.

Передовые методы включают оптимизацию магнитной цепи, уменьшение крутящего момента коггирования, улучшение конструкции обмотки и улучшение управления тепловой энергией.

Варианты включают полевое управление (высокая точность), прямое управление крутящим моментом (быстрый ответ) или бессенсорное управление (экономия затрат / пространства).

Внедрить системы защиты от перенапряжения, перенапряжения, перенапряжения, короткого замыкания и заторможения.

Проектирование с учетом пригодности к эксплуатации и утилизации устаревших материалов во время первоначального отбора.

• Электромобили:Основные компоненты двигателя, обладающие высокой эффективностью и плотностью мощности.
• Промышленная автоматизация:Сервосистемы, робототехника и машины с ЧПУ, требующие точности и надежности.
• Аэрокосмическая:Системы самолетов и беспилотные летательные аппараты, нуждающиеся в легких, высокопроизводительных решениях.
• Бытовая техника:Энергоэффективная, тихая работа для ВВК и белых товаров.
• Возобновляемая энергия:Ветровые и гидрогенераторы, требующие долговечного, эффективного преобразования энергии.

Двигатели с постоянным магнитом представляют собой высокопроизводительное решение с широким применением в различных отраслях.Успешное осуществление требует глубокого понимания их возможностей и ограничений, в сочетании с тщательной оценкой конкретного приложения.Инженеры могут в полной мере использовать преимущества PMM, снижая потенциальные риски.