1970年代に希土類永久磁石材料が開発され、希土類永久磁石モーターが登場しました。永久磁石モーターは励磁に希土類永久磁石を使用しており、永久磁石は着磁後に永久磁界を発生させることができます。励磁性能は優れており、安定性、品質、損失低減の点で電気励磁モーターに比べ優れており、従来のモーター市場を揺るがしました。

近年、現代科学技術の急速な発展に伴い、電磁材料、特に希土類電磁材料の性能と技術は徐々に向上してきている。パワーエレクトロニクス、動力伝達技術、自動制御技術の急速な発展と相まって、永久磁石同期モータの性能はますます向上しています。

さらに、永久磁石同期モータは、軽量、単純な構造、小型、良好な特性、および高出力密度という利点を持っています。多くの科学研究機関や企業が永久磁石同期モーターの研究開発を積極的に行っており、その応用分野はさらに拡大すると考えられます。

1.永久磁石同期モータの開発基盤

a.高性能希土類永久磁石材料の応用

希土類永久磁石材料は、SmCo5、Sm2Co17、Nd2Fe14B の 3 つの段階を経ています。現在、希土類永久磁石材料としては、NdFeBに代表される永久磁石材料がその優れた磁気特性から最も広く使用されている。永久磁石材料の開発により、永久磁石モータの開発が推進されました。

従来の電気励磁による三相誘導電動機に比べ、励磁極を永久磁石に置き換え構造を簡素化し、回転子のスリップリングやブラシを廃止し、ブラシレス構造を実現し、回転子の小型化を実現します。これにより、モーターの出力密度、トルク密度、作業効率が向上し、モーターの小型・軽量化が図られ、適用分野がさらに拡大し、電動モーターの高出力化が促進されます。

b.新しい制御理論の適用

近年、制御アルゴリズムは急速に発展しています。その中で、ベクトル制御アルゴリズムは、AC モーターの駆動戦略問題を原理的に解決し、AC モーターの制御性能を向上させました。ダイレクトトルク制御の登場により制御構造がシンプルになり、パラメータ変化に対する回路性能が強く、トルク動的応答速度が速いという特徴を持ちます。間接トルク制御技術により、低速時の直接トルクのトルク脈動が大きい問題を解決し、モーターの速度と制御精度を向上させます。

c.高性能パワーエレクトロニクスデバイスおよびプロセッサの適用

最新のパワー エレクトロニクス技術は、情報産業と従来の産業の間の重要なインターフェイスであり、弱電流と制御された強電流の間の橋渡しとなります。パワーエレクトロニクス技術の発展により、駆動制御戦略の実現が可能になります。

1970 年代には、産業用周波数電力を周波数を連続的に調整できる可変周波数電力に変換できる一連の汎用インバーターが登場し、AC 電力の可変周波数速度調整のための条件を作り出しました。周波数設定後のソフトスタート機能を備えており、周波数をゼロから設定周波数まで一定の割合で上昇させることができ、その上昇率を広範囲で連続的に調整できるため、同期モータの起動問題を解決します。

2.国内外の永久磁石同期モータの開発状況

歴史上最初のモーターは永久磁石モーターでした。当時の永久磁石材料の性能は相対的に劣っており、永久磁石の保磁力や残留磁気が低すぎるため、すぐに電気励磁モータに置き換えられました。

1970年代、NdFeBに代表される希土類永久磁石材料は、保磁力、残留磁気、消磁能力が強く、磁気エネルギー積が大きいため、高出力の永久磁石同期モータが歴史の舞台に登場しました。現在、永久磁石同期モーターの研究はますます成熟しており、高速、高トルク、高出力、高効率を目指して発展しています。

近年、国内の学者と政府の強力な投資により、永久磁石同期モーターは急速に発展しました。マイコン技術や自動制御技術の発展により、永久磁石同期モータはさまざまな分野で広く使用されています。社会の進歩に伴い、永久磁石同期モータに対する人々の要求はますます厳しくなり、永久磁石モータはより広い速度調整範囲とより高精度な制御を目指して開発が進められています。現在の製造プロセスの改善により、高性能の永久磁石材料がさらに開発されています。これによりコストが大幅に削減され、徐々に生活のさまざまな分野に適用されます。

3. 現在の技術

ａ．永久磁石同期モータ設計技術

永久磁石同期モーターは、通常の励磁モーターと比較して、励磁巻線、集電リング、励磁キャビネットが不要なため、安定性と信頼性が大幅に向上するだけでなく、効率も大幅に向上します。

その中でも、内蔵永久磁石モーターは、高効率、高力率、高単位電力密度、強弱磁性速度拡張能力、および高速動的応答速度という利点を備えており、モーターの駆動に最適です。

永久磁石は永久磁石モータの励磁磁界全体を提供しており、コギングトルクにより動作中のモータの振動や騒音が増加します。コギングトルクが大きすぎると、モータ速度制御系の低速性能や位置制御系の高精度位置決めに影響を与えます。したがって、モータを設計する際には、モータの最適化によりコギングトルクを可能な限り低減する必要があります。

研究によると、コギングトルクを低減する一般的な方法としては、極アーク係数の変更、固定子のスロット幅の縮小、スキュースロットと極スロットの一致、磁極の位置、大きさ、形状の変更などが挙げられます。コギングトルクを低減すると、それに伴って電磁トルクが低下するなど、モータの他の性能に影響を与える可能性があることに注意してください。したがって、設計時には、モーターの最高の性能を達成するために、さまざまな要素のバランスを可能な限り考慮する必要があります。

b.永久磁石同期モータシミュレーション技術

永久磁石モータには永久磁石が存在するため、設計者が無負荷漏れ磁束係数や極アーク係数の設計などのパラメータを計算することが困難になります。一般に、永久磁石モータのパラメータを計算して最適化するには、有限要素解析ソフトウェアが使用されます。有限要素解析ソフトウェアは、モーター パラメーターを非常に正確に計算できるため、モーター パラメーターが性能に及ぼす影響を分析するために使用すると、非常に信頼性が高くなります。

有限要素計算法により、モーターの電磁界の計算と解析がより簡単、より速く、より正確になります。これは差分法に基づいて開発された数値手法であり、科学や工学で広く使用されています。数学的手法を使用して、いくつかの連続解ドメインをユニットのグループに離散化し、各ユニットで内挿します。このように線形補間関数を作成し、有限要素を用いて近似関数をシミュレーション・解析することで、モータ内部の磁力線の方向や磁束密度の分布を直感的に観察することができます。

c.永久磁石同期モータ制御技術

モーター駆動システムの性能向上は産業制御分野の発展にとっても大きな意味を持ちます。システムを最高のパフォーマンスで駆動することが可能になります。その基本特性は低速域に反映され、特に急発進や静的加速などの場合に大きなトルクを出力することができます。高速走行時には広範囲で定出力速度制御を実現します。表 1 は、いくつかの主要なモーターの性能を比較しています。

表 1 からわかるように、永久磁石モーターは信頼性が高く、速度範囲が広く、効率が高いことがわかります。対応する制御方法と組み合わせることで、モーターシステム全体が最高のパフォーマンスを実現できます。したがって、モータ駆動システムが比較的広い速度調整領域と一定出力範囲で動作できるように、効率的な速度調整を達成するために適切な制御アルゴリズムを選択する必要があります。

ベクトル制御法は永久磁石モータの速度制御アルゴリズムに広く使用されています。広い速度調整範囲、高効率、高信頼性、優れた安定性、優れた経済的利点を備えています。モータードライブ、鉄道輸送、工作機械のサーボなどに広く使用されています。用途が異なるため、現在採用されているベクトル制御戦略も異なります。

4.永久磁石同期モータの特性

永久磁石同期モータはシンプルな構造で損失が少なく力率が高いです。電気励磁モータに比べ、ブラシや整流子等の機器がないため無効励磁電流が不要なため、固定子電流や抵抗損失が小さく、効率が高く、励磁トルクが大きく、制御性能が優れています。の方が良いです。ただし、コストが高い、始めるのが難しいなどのデメリットもあります。モータへの制御技術の応用、特にベクトル制御システムの応用により、永久磁石同期モータは広範囲の速度制御、高速な動的応答、高精度の位置決め制御を実現できるため、永久磁石同期モータはより多くの人を魅了するでしょう。広範な研究。

5.安徽明騰永久磁石同期モーターの技術的特徴

ａ．モーターは高い力率と電力網の品質係数を備えています。力率補償装置が不要で、変電所設備の能力を最大限に活用できます。

b.永久磁石モーターは永久磁石によって励磁され、同期して動作します。速度脈動がなく、ファンやポンプの駆動時に配管抵抗が増加しません。

c.永久磁石モーターは、必要に応じて高い始動トルク (3 倍以上) と高い過負荷容量を備えて設計できるため、「大きな馬が小さな荷車を引く」現象を解決できます。

d.一般的な非同期モータの無効電流は、一般に定格電流の0.5～0.7倍程度です。 Mingteng 永久磁石同期モーターは励磁電流を必要としません。永久磁石モータと非同期モータの無効電流は約 50% 異なり、実際の動作電流は非同期モータよりも約 15% 低くなります。

e.モーターは直接始動するように設計でき、外形寸法は現在広く使用されている非同期モーターと同じであり、非同期モーターを完全に置き換えることができます。

f.ドライバーを追加すると、ソフトスタート、ソフトストップ、無段階速度調整を実現でき、良好な動的応答とさらに改善された省電力効果が得られます。

g.モーターには多くのトポロジー構造があり、広範囲かつ極端な条件下での機械装置の基本要件を直接満たします。

h.システム効率を向上させ、トランスミッションチェーンを短縮し、メンテナンスコストを削減するために、高速および低速の直接駆動永久磁石同期モーターは、ユーザーのより高い要求を満たすように設計および製造できます。

安徽明騰永久磁石機械・電気機器有限公司 (https://www.mingtengmotor.com/) は 2007 年に設立されました。超高効率永久磁石同期モーターの研究開発、生産、販売に特化したハイテク企業です。同社は、最新のモーター設計理論、専門的な設計ソフトウェア、および自社開発の永久磁石モーター設計プログラムを使用して、永久磁石モーターの電磁場、流体場、温度場、応力場などをシミュレートし、磁気回路構造を最適化し、改善します。モーターのエネルギー効率レベルを高め、永久磁石モーターの信頼性の高い使用を基本的に保証します。

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