紹介
高性能でエネルギー効率の良いモーターの需要は,現代産業や輸送用アプリケーションで増加し続けています.恒久磁気モーター (PMM) は,低速での卓越した性能により,多数のアプリケーションで支配的な地位を確立しました効率が高く コンパクトな構造ですPMMには限界があります.その固有の特徴は,慎重な分析と実践的な応用におけるトレードオフを必要とするいくつかの課題を提示します.このレポートは,PMMの利点と限界に関する包括的な専門家の視点を提供し,エンジン選択と適用におけるエンジニアと意思決定者へのガイドラインを提供します.
常磁気モーターの技術概要
1.1 基本原則
常磁気モーターは 常磁石を使って 磁場を生成しますPMMは磁場を維持するために追加の刺激電流を必要としないこのモーターは主にステータルとローターで構成され,ローターに固定された永久磁石とステータルに巻かれたアーメチャーの巻き込みがあります.電流がステータの巻き込みを通過すると磁場と相互作用してモーターの回転を駆動するトルクを生成する.
1.2 PMMの分類
磁石の設置構成に基づいて,PMMはいくつかの主要なタイプに分類することができる:
-
表面に固定されたPMM (SPM):磁石はローターの表面に直接マウントされる.このシンプルで費用対効果の高い設計は,磁石に影響する遠心力による高速アプリケーションで制限に直面している.
-
内部PMM (IPM):磁石はローター内に埋め込まれていて,より優れた機械的強度とより高速な能力を提供します.IPM は,電力の密度と効率を向上させるために最適化された磁気回路設計を通じて,抵抗トルクを使用することができます.
-
密集した巻き込みPMM:個々の歯の周りに集中したステータの巻き込みが特徴であり,効率と電力の密度を向上させるために巻き込み抵抗と誘導性を軽減します.
-
放射流 PMM:軸に垂直な磁場を持つ最も一般的なタイプで,工業および輸送アプリケーションで広く使用されています.
-
軸流PMM:軸に並行する磁場を備えており,空間制限の適用に最適なコンパクトな設計を提供します.
1.3 主要な構成要素
PMM の主要構成要素は以下の通りである.
-
永久磁石:安定した磁場を提供するコアコンポーネント,典型的にはネオジウム・鉄・ボロン (NdFeB),サマリウム・コバルト (SmCo),またはフェライト材料で作られる.
-
ステータルの巻き込み:電気磁気トルクを生成する銅またはアルミの巻き込み.
-
ローターとステータのコア:磁気回路を完成させる シリコン鋼のラミネーション
-
ローヤリング:ローターを支える
-
住居:内部部品を保護し,熱を散布します
永久 マグネット モーター の 利点
-
高効率:刺激電流を排除すると,エネルギー損失が大幅に減少し,部分負荷条件では特に有利である.
-
高電力密度:電気自動車やロボットに最適です 電気自動車やロボットに最適です
-
低速で優れた性能:低速で安定したトルクを供給し,サーボシステムと風力タービンに適しています.
-
迅速な対応ロボットやCNCマシンに高速な動力性能を可能にします
-
コンパクトな構造:興奮巻きとスリップリングの除去により,サイズと重量が減少します.
-
低騒音:シヌ波電流制御と最適化された機械設計により 動作騒音は最小限に抑えられます
困難 と 限界
-
速度制限:高速で逆電磁場がインバーターの電源電圧に接近し,電流制御の有効性を制限する.
-
フィールド弱化制限:フィールド弱化技術を使用するIPMモーターは,実用的な速度範囲制限 (~4:1比) と損失の増加に直面します.
-
欠陥管理欠陥が発生する際に持続的な電流流を発生させ 安全に危険を招く
-
温度感受性:高温は,磁石化 (稀土コバルト磁石を除く) を引き起こします.
-
メカニカル強度:高速操作では 遠心力のせいで磁石が離れる危険があります
-
メンテナンスとリサイクル複雑な解体要求と特殊なリサイクルプロセス
-
高いコスト:常磁石材料は 従来のモーターと比較して製造コストを上げます
選択戦略
4.1 適用要件の分析
主要な考慮事項には,速度範囲,トルク/パワー要求,効率目標,環境条件,サイズ制限,予算,信頼性の必要性,制御方法,保護要件.
4.2 モータータイプ選択
SPM (低速,コスト敏感),IPM (高速,電力密度),集中巻き (高効率),または軸流 (空間制限) の設計を選択してください.
4.3 マグネット材料の選択
最大性能 (限られた温度容量) のNdFeB,高温アプリケーションのSmCo,コスト敏感な用途のフェライトを選択する.
4.4 設計の最適化
先進的な技術には,磁気回路の最適化,コギングトークの削減,ローリング設計の改善,熱管理の強化が含まれます.
4.5 制御戦略の選択
オプションには,フィールド指向制御 (高精度),直接トルク制御 (高速応答),またはセンサーなしの制御 (コスト/スペース節約) が含まれる.
4.6 保護措置
超電流,超電圧,超温度,短回路,ストール保護システムを導入します
4.7 メンテナンスとリサイクルに関する考慮事項
初期選択時に使用可能性と使用終了材料の回収を目的とした設計
産業間での応用
-
電気自動車:高い効率とパワー密度を持つコア推進部品
-
産業自動化精度と信頼性を要求するセルボシステム,ロボット,CNCマシン
-
航空宇宙:軽量で高性能なソリューションが必要です
-
家電:エネルギー効率の良い静かな操作で HVACとホワイトグッズ
-
再生可能エネルギー:耐久的で効率的な電力変換を必要とする風力発電機や水力発電機
結論
永久磁石モーターは,あらゆる産業に広く適用できる高性能ソリューションです.効果的な実施には,その能力と限界を徹底的に理解する必要があります適切な選択,設計最適化,制御戦略を通じて技術的な課題に対処することで,エンジニアは,潜在的なリスクを軽減しながら,PMMの利点を完全に活用することができます..
将来の発展傾向
- 性能と温度耐性が向上した先進的な永久磁石材料
- トポロジカル最適化を含む高度なモーター設計方法論
- アダプティブ・ロジック・フージー・ロジック・テクニックを含むインテリジェント・コントロール・アルゴリズム
- 信頼性を向上させるための改良された製造プロセス
- 持続可能な材料再利用のための効率的なリサイクル技術
