Rispetto ai tradizionali motori di eccitazione elettrica, i motori a magneti permanenti, in particolare i motori a magneti permanenti a terre rare, hanno una struttura semplice e un funzionamento affidabile.Piccolo volume e peso leggero;Basse perdite e alta efficienza;La forma e le dimensioni del motore possono essere flessibili e diverse.Pertanto, il campo di applicazione è estremamente ampio, coprendo quasi tutti i settori dell'aerospaziale, della difesa nazionale, della produzione industriale e agricola e della vita quotidiana.Di seguito vengono presentate le principali caratteristiche e applicazioni di diversi tipici motori a magneti permanenti.
1. Rispetto ai generatori tradizionali, i generatori sincroni a magneti permanenti di terre rare non necessitano di anelli collettori e dispositivi a spazzole, con struttura semplice e tasso di guasto ridotto.Il magnete permanente delle terre rare può anche aumentare la densità magnetica del traferro, aumentare la velocità del motore al valore ottimale e migliorare il rapporto potenza/massa.I generatori a magneti permanenti di terre rare sono quasi tutti utilizzati nei generatori aeronautici e aerospaziali contemporanei.I suoi prodotti tipici sono i generatori sincroni a magneti permanenti al cobalto e terre rare da 150 kVA a 14 poli ~ 21 000 giri/min e da 100 kVA 60.000 giri/min prodotti dalla General Electric Company of America.Il primo motore a magneti permanenti per terre rare sviluppato in Cina è un generatore a magneti permanenti da 3 kW e 20.000 giri/min.
I generatori a magneti permanenti vengono utilizzati anche come eccitatori ausiliari per grandi turbogeneratori.Negli anni '80, la Cina ha sviluppato con successo l'eccitatrice ausiliaria a magneti permanenti di terre rare più grande del mondo con una capacità di 40 kVA ~ 160 kVA e dotata di turbogeneratori da 200 MW ~ 600 MW, che hanno notevolmente migliorato l'affidabilità del funzionamento della centrale elettrica.
Attualmente si stanno gradualmente diffondendo piccoli generatori azionati da motori a combustione interna, generatori a magneti permanenti per veicoli e piccoli generatori eolici a magneti permanenti azionati direttamente da ruote eoliche.
2. Motore sincrono a magnete permanente ad alta efficienza Rispetto al motore a induzione, il motore sincrono a magnete permanente non necessita di corrente di eccitazione reattiva, che può migliorare significativamente il fattore di potenza (fino a 1 o addirittura capacitivo), ridurre la corrente dello statore e la perdita di resistenza dello statore, e non vi è alcuna perdita di rame nel rotore durante il funzionamento stabile, riducendo così la ventola (il motore di piccola capacità può persino rimuovere la ventola) e la corrispondente perdita di attrito del vento.Rispetto al motore a induzione con le stesse specifiche, l'efficienza può essere aumentata di 2 ~ 8 punti percentuali.Inoltre, il motore sincrono a magnete permanente può mantenere un'efficienza elevata e un fattore di potenza nell'intervallo di carico nominale compreso tra 25% e 120%, il che rende l'effetto di risparmio energetico più notevole quando si funziona con carichi leggeri.Generalmente questo tipo di motore è dotato di un avvolgimento di avviamento sul rotore, che ha la capacità di avviarsi direttamente ad una determinata frequenza e tensione.Attualmente viene utilizzato principalmente nei giacimenti petroliferi, nelle industrie tessili e di fibre chimiche, nelle industrie della ceramica e del vetro, nei ventilatori e nelle pompe con lunghi tempi di funzionamento annuali, ecc.
Il motore sincrono a magneti permanenti NdFeB con alta efficienza ed elevata coppia di avviamento sviluppato in modo indipendente dal nostro paese può risolvere il problema del "grande carro trainato da cavalli" nelle applicazioni petrolifere.La coppia iniziale è maggiore del 50% ~ 100% rispetto a quella del motore a induzione, che può sostituire il motore a induzione con un numero base maggiore e il tasso di risparmio energetico è di circa il 20%.
Nell'industria tessile, il momento di inerzia del carico è elevato e richiede un'elevata coppia di trazione.Una progettazione ragionevole del coefficiente di perdita a vuoto, del rapporto polare saliente, della resistenza del rotore, delle dimensioni del magnete permanente e dei giri dell'avvolgimento dello statore del motore sincrono a magnete permanente può migliorare le prestazioni di trazione del motore a magnete permanente e promuoverne l'applicazione nelle nuove industrie tessili e delle fibre chimiche.
I ventilatori e le pompe utilizzati nelle centrali elettriche su larga scala, nelle miniere, nell’industria petrolifera, chimica e in altre industrie consumano molta energia, ma l’efficienza e il fattore di potenza dei motori attualmente utilizzati sono bassi.L'uso dei magneti permanenti NdFeB non solo migliora l'efficienza e il fattore di potenza, fa risparmiare energia, ma ha anche una struttura senza spazzole, che migliora l'affidabilità del funzionamento.Allo stato attuale, 1 motore sincrono a magneti permanenti da 120 kW è il motore a magneti permanenti a terre rare ad alta efficienza con avviamento asincrono più potente al mondo.La sua efficienza è superiore al 96,5% (l'efficienza del motore con le stesse specifiche è del 95%) e il suo fattore di potenza è 0,94, che può sostituire il motore ordinario con 1 ~ 2 gradi di potenza superiori.
3. Il servomotore a magneti permanenti CA e il motore a magneti permanenti CC senza spazzole ora utilizzano sempre più l'alimentazione a frequenza variabile e il motore CA per formare un sistema di controllo della velocità CA invece del sistema di controllo della velocità del motore CC.Nei motori CA, la velocità del motore sincrono a magnete permanente mantiene una relazione costante con la frequenza di alimentazione durante il funzionamento stabile, in modo che possa essere utilizzato direttamente nel sistema di controllo della velocità a frequenza variabile ad anello aperto.Questo tipo di motore viene solitamente avviato mediante l'aumento graduale della frequenza del convertitore di frequenza.Non è necessario impostare l'avvolgimento di avviamento sul rotore e la spazzola e il commutatore vengono eliminati, quindi la manutenzione è conveniente.
Il motore autosincrono a magneti permanenti è composto da un motore sincrono a magneti permanenti alimentato da un convertitore di frequenza e un sistema di controllo a circuito chiuso della posizione del rotore, che non solo ha eccellenti prestazioni di regolazione della velocità del motore CC eccitato elettricamente, ma realizza anche il brushless.Viene utilizzato principalmente in occasioni con elevata precisione e affidabilità di controllo, come nel settore aeronautico, aerospaziale, macchine utensili CNC, centri di lavoro, robot, veicoli elettrici, periferiche per computer, ecc.
Attualmente sono stati sviluppati il ​​motore sincrono a magneti permanenti NdFeB e il sistema di azionamento con un'ampia gamma di velocità e il rapporto potenza-velocità Gao Heng, con un rapporto di velocità di 1: 22.500 e una velocità limite di 9.000 giri/min.Le caratteristiche di alta efficienza, vibrazioni ridotte, bassa rumorosità ed elevata densità di coppia del motore a magnete permanente sono i motori più ideali nei veicoli elettrici, nelle macchine utensili e in altri dispositivi di guida.
Con il continuo miglioramento del tenore di vita delle persone, i requisiti per gli elettrodomestici diventano sempre più elevati.Ad esempio, il condizionatore domestico non è solo un grande consumatore di energia, ma anche la principale fonte di rumore.La sua tendenza di sviluppo è quella di utilizzare un motore DC brushless a magnete permanente con regolazione continua della velocità.Può adattarsi automaticamente a una velocità adeguata in base al cambiamento della temperatura ambiente e funzionare a lungo, riducendo il rumore e le vibrazioni, facendo sentire le persone più a proprio agio e risparmiando 1/3 di elettricità rispetto al condizionatore d'aria senza regolazione della velocità.Altri frigoriferi, lavatrici, aspiratori di polvere, ventilatori, ecc. stanno gradualmente passando ai motori DC senza spazzole.
4. Motore CC a magnete permanente Il motore CC adotta l'eccitazione a magnete permanente, che non solo mantiene le buone caratteristiche di regolazione della velocità e le caratteristiche meccaniche del motore CC elettricamente eccitato, ma ha anche le caratteristiche di struttura e tecnologia semplici, volume ridotto, basso consumo di rame, alta efficienza, ecc. perché l'avvolgimento di eccitazione e la perdita di eccitazione sono omessi.Pertanto, i motori CC a magneti permanenti sono ampiamente utilizzati negli elettrodomestici, nei dispositivi elettronici portatili, negli utensili elettrici e nei sistemi di trasmissione di velocità e posizione di precisione che richiedono buone prestazioni dinamiche.Tra i micro motori DC sotto i 50 W, i motori a magneti permanenti rappresentano il 92%, mentre quelli sotto i 10 W rappresentano oltre il 99%.
Attualmente, l'industria automobilistica cinese si sta sviluppando rapidamente e l'industria automobilistica è il maggiore utilizzatore di motori a magneti permanenti, che sono i componenti chiave delle automobili.In un'auto ultra-lusso, ci sono più di 70 motori con scopi diversi, la maggior parte dei quali sono micromotori CC a magneti permanenti a bassa tensione.Quando i magneti permanenti e gli ingranaggi planetari NdFeB vengono utilizzati nei motorini di avviamento di automobili e motocicli, la qualità dei motorini di avviamento può essere ridotta della metà.
Classificazione dei motori a magneti permanenti
Esistono molti tipi di magneti permanenti.In base alla funzione del motore, può essere suddiviso approssimativamente in due categorie: generatore a magnete permanente e motore a magnete permanente.
I motori a magneti permanenti possono essere suddivisi in motori CC a magneti permanenti e motori CA a magneti permanenti.Il motore CA a magnete permanente si riferisce al motore sincrono multifase con rotore a magnete permanente, quindi viene spesso chiamato motore sincrono a magnete permanente (PMSM).
I motori DC a magneti permanenti possono essere suddivisi in motori DC brushless a magneti permanenti e motori DC brushless a magneti permanenti (BLDCM) se classificati in base alla presenza di interruttori o commutatori elettrici.
Al giorno d'oggi, la teoria e la tecnologia della moderna elettronica di potenza si stanno sviluppando notevolmente nel mondo.Con l'avvento dei dispositivi elettronici di potenza, come MOSFET, IGBT e MCT, i dispositivi di controllo hanno subito cambiamenti fondamentali.Da quando F. Blaceke ha avanzato il principio del controllo vettoriale del motore CA nel 1971, lo sviluppo della tecnologia di controllo vettoriale ha avviato una nuova era di controllo dei servoazionamenti CA e vari microprocessori ad alte prestazioni sono stati continuamente eliminati, accelerando ulteriormente lo sviluppo del servosistema CA anziché del servosistema CC.È una tendenza inevitabile che il servosistema AC-I sostituisca il servosistema DC.Tuttavia, il motore sincrono a magnete permanente (PMSM) con forza controelettromotrice sinusoidale e il motore CC senza spazzole (BLIX~) con forza controelettromotrice trapezoidale diventeranno sicuramente la corrente principale nello sviluppo di servosistemi CA ad alte prestazioni grazie alle loro eccellenti prestazioni.