Aufgrund ihrer Kompaktheit und hohen Drehmomentdichte Synchronmotoren mit Permanentmagneten werden in vielen industriellen Anwendungen häufig eingesetzt, insbesondere für Hochleistungsantriebssysteme wie U-Boot-Antriebssysteme. Permanentmagnet-Synchronmotoren benötigen keine Schleifringe zur Erregung, was die Wartung und den Verschleiß des Rotors reduziert. Permanentmagnet-Synchronmotoren haben einen hohen Wirkungsgrad und eignen sich für Hochleistungsantriebssysteme wie CNC-Werkzeugmaschinen, Roboter und automatische Produktionssysteme in der Industrie.

Im Allgemeinen müssen bei der Konstruktion und Konstruktion von Permanentmagnet-Synchronmotoren sowohl die Stator- als auch die Rotorstruktur berücksichtigt werden, um Hochleistungsmotoren zu erhalten.

Aufbau eines Permanentmagnet-Synchronmotors

Luftspaltflussdichte: Wird abhängig von der Konstruktion von Asynchronmotoren usw., der Konstruktion des Permanentmagnetrotors und den besonderen Anforderungen für den Einsatz geschalteter Statorwicklungen bestimmt. Darüber hinaus wird davon ausgegangen, dass der Stator ein geschlitzter Stator ist. Die Luftspaltflussdichte wird durch die Sättigung des Statorkerns begrenzt. Insbesondere wird die Spitzenflussdichte durch die Zahnbreite begrenzt, während die Rückseite des Stators den maximalen Gesamtfluss bestimmt.

Außerdem hängt der zulässige Sättigungsgrad von der Anwendung ab. Typischerweise hat ein Motor mit hohem Wirkungsgrad eine niedrige Flussdichte, während ein Motor, der auf maximale Drehmomentdichte ausgelegt ist, eine hohe Flussdichte aufweist. Die maximale Luftspaltflussdichte liegt typischerweise im Bereich von 0.7–1.1 Tesla. Beachten Sie, dass dies die Gesamtflussdichte ist, also die Summe der Rotor- und Statorflüsse. Das bedeutet, dass bei geringerer Ankerreaktionskraft das Ausrichtmoment höher ist.

Um jedoch einen großen Reluktanzdrehmomentbeitrag zu erreichen, muss die Statorreaktionskraft groß sein. Die Maschinenparameter zeigen, dass zur Erzielung des Ausrichtmoments hauptsächlich eine große m und eine kleine Induktivität L erforderlich sind. Dies ist im Allgemeinen für den Betrieb unterhalb der Grundgeschwindigkeit geeignet, da eine hohe Induktivität den Leistungsfaktor reduziert.

Permanentmagnetmaterial:

Magnete spielen in vielen Geräten eine wichtige Rolle. Daher ist es wichtig, die Eigenschaften dieser Materialien zu verbessern. Derzeit liegt der Schwerpunkt auf Materialien auf Basis seltener Erden und Übergangsmetalle, um Permanentmagnete mit hohen magnetischen Eigenschaften zu erhalten. Abhängig von der Technologie haben Magnete unterschiedliche magnetische und mechanische Eigenschaften und weisen eine unterschiedliche Korrosionsbeständigkeit auf.

Neodym-Eisen-Bor- (Nd2Fe14B) und Samarium-Kobalt-Magnete (Sm1Co5 und Sm2Co17) sind heute die fortschrittlichsten kommerziellen Permanentmagnetmaterialien. Innerhalb jeder Klasse von Seltenerdmagneten gibt es eine große Vielfalt an Qualitäten. NdFeB-Magnete wurden Anfang der 1980er Jahre kommerzialisiert. Sie werden heute in vielen verschiedenen Anwendungen eingesetzt. Die Kosten dieses Magnetmaterials (berechnet pro Energieprodukt) sind vergleichbar mit den Kosten von Ferritmagneten, und pro Kilogramm kosten NdFeB-Magnete etwa 10 bis 20 Mal mehr als Ferritmagnete.

Einige wichtige Eigenschaften, die zum Vergleich von Permanentmagneten verwendet werden, sind Remanenz (Mr), die die Stärke des Magnetfelds eines Permanentmagneten misst, Koerzitivfeldstärke (Hcj), die Fähigkeit eines Materials, der Entmagnetisierung zu widerstehen, Energieprodukt (BHmax), Dichte magnetische Energie; Curie-Temperatur (TC), die Temperatur, bei der das Material seinen Magnetismus verliert. Neodym-Magnete haben eine höhere Remanenz, eine höhere Koerzitivkraft und ein höheres Energieprodukt, aber im Allgemeinen haben die Typen Neodym und Terbium sowie Dysprosium eine niedrigere Curie-Temperatur, um ihre magnetischen Eigenschaften bei hohen Temperaturen beizubehalten.

Permanentmagnet-Synchronmotor-Design

Bei der Konstruktion eines Permanentmagnet-Synchronmotors (PMSM) basiert die Konstruktion des Permanentmagnetrotors auf dem Statorrahmen eines dreiphasigen Induktionsmotors, ohne die Geometrie des Stators und der Wicklungen zu verändern. Zu den Spezifikationen und der Geometrie gehören Motordrehzahl, Frequenz, Anzahl der Pole, Statorlänge, Innen- und Außendurchmesser sowie Anzahl der Rotorschlitze. Das Design des Permanentmagnet-Synchronmotors umfasst Kupferverlust, gegenelektromotorische Kraft, Eisenverlust und Selbstinduktivität, gegenseitige Induktivität, magnetischen Fluss, Statorwiderstand usw.

Berechnung der Selbst- und Gegeninduktivität:

Die Induktivität L kann als das Verhältnis der Flussverknüpfung zum Strom I, der den Fluss erzeugt, in Henry (H) definiert werden, gleich Weber pro Ampere. Ein Induktor ist ein Gerät zum Speichern von Energie in einem Magnetfeld, ähnlich wie ein Kondensator Energie in einem elektrischen Feld speichert. Ein Induktor besteht normalerweise aus einer Spule, die normalerweise um einen Ferrit- oder ferromagnetischen Kern gewickelt ist, und sein Induktivitätswert hängt nur von der physikalischen Struktur des Leiters und der Permeabilität des Materials ab, durch das der magnetische Fluss fließt.

Die Schritte zum Ermitteln der Induktivität sind wie folgt: 1. Nehmen Sie an, dass im Leiter ein Strom I fließt. 2. Verwenden Sie das Biot-Savart-Gesetz oder das Ampere-Schleifengesetz (falls verfügbar), um zu bestimmen, dass B ausreichend symmetrisch ist. 3. Berechnen Sie den Gesamtfluss, der alle Schleifen verbindet. 4. Multiplizieren Sie den gesamten magnetischen Fluss mit der Anzahl der Kreise, um die Flussverknüpfung zu erhalten, und entwerfen Sie den Permanentmagnet-Synchronmotor durch die Bewertung der erforderlichen Parameter.

Die Studie ergab, dass das Design, bei dem NdFeB als AC-Permanentmagnet-Rotormaterial verwendet wird, den im Luftspalt erzeugten magnetischen Fluss erhöht, was zu einer Verringerung des Innenradius des Stators führt, während der Innenradius des Stators bei Verwendung des Samarium-Kobalt-Permanentmaterials verringert wird Das Material des Magnetrotors ist größer. Die Ergebnisse zeigen, dass der effektive Kupferverlust in NdFeB um 8.124 % reduziert wird. Bei Samarium-Kobalt als Permanentmagnetmaterial ist der magnetische Fluss eine sinusförmige Variation. Im Allgemeinen müssen bei der Konstruktion und Konstruktion von Permanentmagnet-Synchronmotoren sowohl die Stator- als auch die Rotorstruktur berücksichtigt werden, um Hochleistungsmotoren zu erhalten.

Ganz zum Schluss ...

Die Permanentmagnet-Synchronmotor (PMSM) ist ein Synchronmotor, der hochmagnetische Materialien zur Magnetisierung verwendet. Es zeichnet sich durch hohe Effizienz, einfache Struktur und einfache Steuerung aus. Diese Art von Permanentmagnet-Synchronmotoren findet Anwendung in verschiedenen Bereichen wie Traktion, Automobil, Robotik und Luft- und Raumfahrttechnik. Die Leistungsdichte von Permanentmagnet-Synchronmotoren ist höher als die von Induktionsmotoren gleicher Leistung, da keine Statorleistung für die Erzeugung von Magnetfeldern vorgesehen ist.

Derzeit erfordert die Konstruktion des Permanentmagnet-Synchronmotors nicht nur mehr Leistung, sondern auch eine geringere Masse und kleinere Trägheitsmomente.