永久磁石ダイレクトドライブモーター

近年、永久磁石ダイレクトドライブモーターは大きな進歩を遂げ、ベルトコンベア、ミキサー、伸線機、低速ポンプなどの低速負荷に主に使用され、高速モーターと機械減速機構で構成される電気機械システムに取って代わりました。モーターの回転速度範囲は、一般的に500rpm以下です。永久磁石ダイレクトドライブモーターは、主に外転ロータと内転ロータの2つの構造形式に分けられます。外転ロータ型永久磁石ダイレクトドライブは、主にベルトコンベアに使用されています。

永久磁石ダイレクトドライブモータの設計と応用においては、永久磁石ダイレクトドライブは特に低い出力速度には適していないことに注意する必要がある。50r/minの風力タービンをダイレクトドライブモーターで駆動する場合、電力が一定であればトルクが大きくなり、モーターコストが高くなり、効率が低下します。電力と速度を決定する際には、ダイレクトドライブモーター、高速モーター、ギア（またはその他の速度増減機械構造）の組み合わせの経済効率を比較する必要があります。現在、15MW以上10rpm未満の風力タービンは、ギアを使用してモーター速度を適切に上げ、モーターコストを削減し、最終的にシステムコストを削減するセミダイレクトドライブ方式を徐々に採用しています。電気モーターにも同じことが当てはまります。したがって、速度が100r/min未満の場合は、経済性を慎重に考慮し、セミダイレクトドライブ方式を選択できます。

永久磁石ダイレクトドライブモーターは、トルク密度を高め、材料使用量を削減するために、一般的に表面実装型の永久磁石ローターを採用しています。回転速度が低く、遠心力が小さいため、内蔵型の永久磁石ローター構造は不要です。一般的に、ローターの永久磁石を固定・保護するために、加圧バー、ステンレス鋼スリーブ、グラスファイバー保護スリーブが使用されます。ただし、信頼性要件が高い、極数が比較的少ない、または振動が大きいモーターでは、内蔵型の永久磁石ローター構造が採用されることもあります。

低速ダイレクトドライブモーターは周波数変換器によって駆動されます。極数設計が上限に達すると、速度をさらに下げると周波数が低下します。周波数変換器の周波数が低いと、PWMのデューティサイクルが低下し、波形が悪化し、変動や速度不安定につながる可能性があります。そのため、特に低速のダイレクトドライブモーターの制御は非常に困難です。現在、一部の超低速モーターでは、より高い駆動周波数を使用するために、磁界変調モーター方式が採用されています。

低速永久磁石ダイレクトドライブモータは、主に空冷と液冷が可能です。空冷は主にIC416の独立ファン冷却方式を採用し、液冷は水冷（IC71W（注1）は現場の状況に応じて決定できます。液冷モードでは、熱負荷を高く設計でき、構造をコンパクトにできますが、過電流による減磁を防ぐため、永久磁石の厚さを厚くする必要があることに注意が必要です。

速度と位置の精度制御が求められる低速ダイレクトドライブモーターシステムでは、位置センサーを追加し、位置センサーによる制御方式を採用する必要があります。また、起動時に高いトルクが求められる場合も、位置センサーによる制御方式が必要となります。

永久磁石ダイレクトドライブモーターを使用すると、本来の減速機構が不要になり、メンテナンスコストを削減できますが、無理な設計は永久磁石ダイレクトドライブモーターのコスト上昇やシステム効率の低下につながる可能性があります。一般的に、永久磁石ダイレクトドライブモーターの直径を大きくすると単位トルクあたりのコストを削減できるため、ダイレクトドライブモーターは、直径が大きくスタック長が短い大型ディスクにすることができます。ただし、直径を大きくすることにも限界があります。直径が大きすぎると、ケーシングとシャフトのコストが増加し、構造材料でさえ徐々に有効な材料のコストを超えてしまいます。そのため、ダイレクトドライブモーターを設計する際には、長さと直径の比を最適化して、モーターの全体的なコストを削減する必要があります。

最後に、永久磁石ダイレクトドライブモーターは、周波数変換器駆動モーターであることを強調したいと思います。モーターの力率は、周波数変換器の出力側の電流に影響を与えます。周波数変換器の容量範囲内であれば、力率は性能に小さく影響し、グリッド側の力率には影響しません。したがって、モーターの力率設計では、ダイレクトドライブモーターが最小電流で最大トルクを生成するMTPAモードで動作するように努める必要があります。重要な理由は、ダイレクトドライブモーターの周波数は一般的に低く、鉄損は銅損よりもはるかに低いことです。MTPA方式を使用すると、銅損を最小限に抑えることができます。技術者は、従来のグリッド接続された非同期モーターの影響を受けず、モーター側の電流の大きさに基づいてモーターの効率を判断する根拠はありません。

安徽明騰永久磁石機械電装有限公司は、永久磁石モーターの研究開発、製造、販売、サービスを一体化した近代的なハイテク企業です。製品の多様性と仕様は充実しており、中でも低速ダイレクトドライブ永久磁石モーター（7.5～500rpm）は、セメント、建材、炭鉱、石油、冶金などの産業において、ファン、ベルトコンベア、プランジャーポンプ、粉砕機などの産業負荷に広く利用されており、良好な運転条件を備えています。