Vorteile und Herausforderungen bei der Auswahl von Permanentmagnetmotoren

Die Nachfrage nach leistungsstarken, energieeffizienten Motoren wächst in modernen Industrie- und Transportanwendungen weiter.Permanente Magnetmotoren (PMM) haben aufgrund ihrer außergewöhnlichen Leistung bei niedrigen Geschwindigkeiten in zahlreichen Anwendungen eine beherrschende Position erlangt, hohe Effizienz und kompakte Struktur.PMM sind nicht grenzenlos. Ihre inhärenten Eigenschaften stellen mehrere Herausforderungen dar, die eine sorgfältige Analyse und Kompromisse bei praktischen Anwendungen erfordern.Dieser Bericht liefert eine umfassende Expertenperspektive zu den Vorteilen und Einschränkungen von PMMs und bietet Anleitungen für Ingenieure und Entscheidungsträger bei der Auswahl und Anwendung von Motoren.

Dauermagnetmotoren verwenden Dauermagnete, um Magnetfelder zu erzeugen.PMMs benötigen keinen zusätzlichen Anregungsstrom, um ihr Magnetfeld zu erhaltenDer Motor besteht hauptsächlich aus einem Stator und einem Rotor, an dem dauerhafte Magnete montiert sind und an dem Stator Armaturenwicklungen befestigt sind.Wenn Strom durch die Statorwicklungen fließt, das resultierende elektromagnetische Feld interagiert mit dem Permanentmagnetfeld, um Drehmoment zu erzeugen, das die Motorrotation antreibt.

Auf der Grundlage der Konfiguration der Magnetmontage können PMMs in mehrere Haupttypen eingeteilt werden:

• Oberflächenmontierte PMM (SPM):Diese einfache, kostengünstige Konstruktion ist in Hochgeschwindigkeitsanwendungen aufgrund von Zentrifugalkräften, die die Magnete beeinflussen, eingeschränkt.
• Innenraum-PMM (IPM):Magnete sind in den Rotor eingebettet und bieten eine bessere mechanische Festigkeit und eine höhere Geschwindigkeitsfähigkeit.IPMs können durch optimiertes Magnetkreislaufdesign das Widerstandsdrehmoment nutzen, um die Leistungsdichte und Effizienz zu erhöhen.
• Konzentrierte Wicklungs-PMM:Es verfügt über Statorwicklungen, die sich um einzelne Zähne konzentrieren, wodurch der Wickelwiderstand und die Induktivität reduziert werden, um die Effizienz und Leistungsdichte zu verbessern.
• PMM für den Radialfluss:Der häufigste Typ mit magnetischen Feldern, die senkrecht zur Achse der Welle liegen, wird in Industrie- und Transportanwendungen weit verbreitet.
• PMM für den axialen Fluss:Sie verfügt über parallele Magnetfelder zur Wellenachse und bietet kompakte Konstruktionen, die ideal für Raumbeschränkungen geeignet sind.

Zu den Hauptbestandteilen von PMMs gehören:

• mit einer Breite von mehr als 20 mm,Kernkomponente, die stabile Magnetfelder liefert, typischerweise aus Neodym-Eisen-Bor (NdFeB), Samarium-Kobalt (SmCo) oder Ferritmaterialien.
• Statorwicklungen:Kupfer- oder Aluminiumwicklungen, die elektromagnetisches Drehmoment erzeugen.
• mit einer Breite von mehr als 50 mm,Silikon-Stahllaminate, die den Magnetkreis vervollständigen.
• Ausrüstung:Unterstützung des Rotors für einen reibungslosen Betrieb.
• Wohnraum:Schützt interne Komponenten und sorgt für Wärmeabbau.

• Hohe Effizienz:Durch die Beseitigung des Erregungsstroms werden die Energieverluste erheblich reduziert, was bei Teillast besonders vorteilhaft ist.
• Hohe Leistungsdichte:Er liefert eine beträchtliche Leistung in kompakten Formfaktoren, ideal für Elektrofahrzeuge und Robotik.
• Ausgezeichnete Leistung bei niedrigen Geschwindigkeiten:Bietet ein stabiles Drehmoment bei niedrigen Drehzahlen, geeignet für Servosysteme und Windkraftanlagen.
• Schnelle Reaktion:Eine geringe Trägheit ermöglicht eine schnelle dynamische Leistung für Robotik und CNC-Maschinen.
• Kompakte Struktur:Durch die Beseitigung von Erregungswicklungen und Rings werden Größe und Gewicht reduziert.
• Niedriger Lärm:Die Sinuswellen-Stromsteuerung und das optimierte mechanische Design minimieren Betriebslärm.

• Geschwindigkeitsbeschränkungen:Bei hohen Geschwindigkeiten nähert sich ein Rückwärts-EMF der Wechselrichter-Versorgungsspannung, was die Wirksamkeit der Stromsteuerung einschränkt.
• Einschränkungen für die Schwäche des Feldes:IPM-Motoren, die Feldschwächungstechniken anwenden, sind mit praktischen Geschwindigkeitsbegrenzungen (Verhältnis ~ 4: 1) und erhöhten Verlusten konfrontiert.
• Fehlermanagement:Ein inhärentes Rück-EMF kann bei Störungen einen anhaltenden Stromfluss verursachen und Sicherheitsgefahren verursachen.
• Temperaturempfindlichkeit:Hohe Temperaturen können zu einer Demagnetisierung führen (außer bei Kobaltmagneten aus Seltenerdstoffen).
• Mechanische Festigkeit:Bei Hochgeschwindigkeitsbetrieb besteht das Risiko, dass sich der Magneten durch Zentrifugalkräfte löst.
• Wartung und Recycling:Komplexe Anforderungen an die Demontage und spezialisierte Recyclingverfahren.
• Höhere Kosten:Dauermagnetmaterialien erhöhen die Herstellungskosten im Vergleich zu traditionellen Motoren.

Zu den wichtigsten Überlegungen gehören Geschwindigkeitsbereich, Drehmoment/Leistungsanforderungen, Effizienzziele, Umweltbedingungen, Größenbeschränkungen, Budget, Zuverlässigkeitsbedarf, Steuerungsmethode,und Schutzanforderungen.

Wählen Sie je nach Anwendungspriorität zwischen SPM (Low-Speed, Cost-Sensitive), IPM (High-Speed, Power-Density), konzentrierter Wicklung (High-Efficiency) oder axialer Fluss (Space-Constrained) -Design.

Für maximale Leistung (begrenzte Temperaturverträglichkeit) sind NdFeB, für hochtemperaturbedingte Anwendungen SmCo oder für kostensensible Anwendungen Ferrit zu wählen.

Zu den fortschrittlichen Techniken zählen die Optimierung von Magnetkreisen, die Verringerung des Zahnraddrehmoments, Verbesserungen des Wicklungsdesigns und Verbesserungen des thermischen Managements.

Zu den Optionen gehören die Feldorientierte Steuerung (hohe Präzision), die direkte Drehmomentsteuerung (schnelle Reaktion) oder die sensorlose Steuerung (Kosten-/Raumersparnis).

Einführung von Überstrom-, Überspannungs-, Übertemperatur-, Kurzschluss- und Stallschutzsystemen.

Konstruktion für die Betriebsfähigkeit und die Wiederverwertung von Material am Ende seiner Lebensdauer während der ersten Auswahl.

• Elektrofahrzeuge:Kernantriebskomponenten mit hoher Effizienz und Leistungsdichte.
• Industrieautomation:Servosysteme, Robotik und CNC-Maschinen erfordern Präzision und Zuverlässigkeit.
• Luft- und RaumfahrtFlugzeugsysteme und Drohnen, die leichte, leistungsstarke Lösungen benötigen.
• Haushaltsgeräte:Energieeffizient, leise Betrieb für HVAC und Weißwaren.
• Erneuerbare Energien:Wind- und Wasserkraftwerke, die eine dauerhafte und effiziente Energieumwandlung erfordern.

Dauermagnetmotoren stellen eine leistungsstarke Lösung mit einer breiten Anwendbarkeit in allen Branchen dar.Eine erfolgreiche Umsetzung erfordert ein gründliches Verständnis ihrer Fähigkeiten und GrenzenDurch die Bewältigung technischer Herausforderungen durch eine angemessene Auswahl, Optimierung des Designs und Steuerungsstrategiendie Ingenieure können die Vorteile von PMM voll ausschöpfen und gleichzeitig potenzielle Risiken mindern.