永久磁石同期モーターの将来の開発方向はどこにありますか？

永久磁石同期モーターの将来の開発方向はどこにありますか？現在の技術と開発動向の分析

1970年代の希土類永久磁石材料の開発により、希土類永久磁石モーターが出現しました。これらのモーターは、励起のために希土類磁石を利用し、磁化されると永久磁場を生成します。優れた励起性能により、彼らは従来の電気的に励起されたモーターを安定性、品質、および損失の削減よりも優れているため、従来のモーター市場を再構築します。

近年、現代の科学技術の急速な発展により、電磁材料、特に希土類電磁材料のパフォーマンスとプロセスが徐々に改善され、パワーエレクトロニクスおよびパワートランスミッションテクノロジー、自動制御技術の急速な発展と組み合わされており、永久磁石同期モーターのパフォーマンスがより良くなっています。

さらに、永久磁石同期モーターには、軽量、単純な構造、小型、良好な特性、高出力密度の利点があります。多くの科学研究機関と企業は、恒久的な磁石同期モーターの研究開発を積極的に実施しており、その応用分野はさらに拡大されます。

開発と研究の状況

1.永久磁石同期モーターの開発基盤

①高性能希土類永久磁石材料の適用

希土類永久磁石材料は、SMCO5、SM2CO17、およびND2FE14Bの3つの発達段階を通じて進化しました。今日、Neodymium Iron Boron（NDFEB）マグネットは、優れた磁性性能により、最も広く使用されているタイプとして際立っています。永久磁石の進歩により、永久磁石モーターの大きな進歩が促進されています。従来の電気的に励起された3相誘導モーターとは異なり、これらのモーターは、電気的に励起されたポールの必要性を排除し、構造設計を簡素化し、ロータースリップリングとブラシを排除します。このイノベーションにより、ブラシレス操作が可能になり、ローターのサイズが削減され、電力密度とトルク密度が向上し、エネルギー効率が向上し、モーターがよりコンパクトで軽量になります。これらの進歩により、アプリケーションの範囲が拡大し、高電力電気モーターの開発が加速されました。

control新しい制御理論の適用

近年、コントロールアルゴリズムは急速な発展を遂げています。その中で、ベクトル制御アルゴリズムはACモーターのドライブ戦略の問題を根本的に解決し、優れた制御パフォーマンスを実現できるようにしました。直接トルク制御の出現により、制御構造が簡素化され、パラメーターのバリエーションと高速の動的トルク応答に対する強力な適応性が示されました。間接的なトルク制御技術は、直接トルク制御における低速での著しいトルク脈動の問題に対処し、それによってモーター速度と制御精度の両方を向上させます。

highパフォーマンスパワーエレクトロニクスとプロセッサのアプリケーション

現代のパワーエレクトロニクスは、情報業界と従来のセクターの間の重要なインターフェースとして機能し、低電圧システムと制御された高電圧アプリケーションとの間の橋渡しとして機能します。パワーエレクトロニクスの進歩により、ドライブ制御戦略の実装が可能になりました。たとえば、1970年代には、産業周波数の電源を継続的に調整可能な周波数電源に変換できる普遍的な周波数コンバーターの出現を目撃し、それによりAC周波数変換と速度調節の条件を作り出しました。これらの周波数コンバーターは、周波数設定後のソフトスタート機能を備えており、所定の速度でゼロからターゲット周波数への段階的な加速を可能にします。加速度は、幅広い範囲で継続的に調整され、同期モーターのスタートアップの課題を効果的に解決できます。

2。国内外の恒久的な磁石同期モーターの開発状況

歴史上最初のモーターは、永久磁石モーターでした。当時、永久磁石材料の性能は比較的貧弱であり、永久磁石の強制性と離脱は低すぎたため、すぐに電気的に励起されたモーターに置き換えられました。

1970年代、ネオジム鉄ホウ素（NDFEB）のような希土類の永久磁石材料は、その並外れた強制性、離脱、強力な消磁能力、高磁気エネルギー産物のために顕著になりました。これらの特性は、歴史的な段階に高出力の永久磁石同期モーターを推進しました。今日、恒久的な磁石同期モーターに関する研究は大幅に成熟し、より高い速度、より大きなトルク、より高い出力、効率の向上、小型化とインテリジェントな開発に向けて前進しています。

近年、業界でハイエンドの永久磁石同期モーターが登場しています。注目すべき例は、1986年にドイツのシーメンスによって開発された230R/min/min/1095kWの6相モーターです。海軍容器の電力容器に使用されると、この高度な設計により、モーターのサイズが約60％減少し、エネルギー損失を約20％削減します。さらに、Swiss Company ABBは、38MWの最大設置容量で、船推進用の永久磁石同期モーターを構築しました。

恒久的な磁石モーターに関する研究は中国で後期に始まりましたが、国内の学者と政府の強い投資により、急速に発展しました。現在、中国は3MWの高速永久マグネット風力発電機を開発および生産しており、CRRC Zhuzhou Companyもより強力な永久磁石モーターを開発しています。

マイクロコンピューターテクノロジーと自動制御技術の開発により、恒久的な磁石同期モーターがさまざまな分野で広く使用されています。現在、社会の進歩により、永久磁石同期モーターに対する人々の要件がより要求が厳しくなり、恒久的なマグネットモーターの開発がより大きな速度レギュレーション範囲とより高い精密制御を持つようになりました。

生産技術の改善により、高性能の永久磁石材料がさらに開発されました。これにより、コストが大幅に削減され、さまざまな生活分野で徐々に適用されます。

 現在の技術

1。永久磁石同期モーター設計技術

従来の電気的に励起されたモーターと比較して、永続的な磁石同期モーターは、励起巻線、コレクターリング、励起キャビネットの必要性を排除します。この設計は、安定性と信頼性を大幅に向上させるだけでなく、実質的な効率の改善を達成します。特に、組み込みの永久磁石モーターは、高効率、優れた力率、ユニットあたりの高電力密度、強力な低電圧速度加速機能、迅速な動的応答などの利点を示し、ドライブアプリケーションに理想的な選択をします。ただし、永続的な磁石は励起磁場全体を提供し、その結果、コギングトルクを増加させ、その結果、動作中に運動の振動と騒音を引き起こします。過度の収集トルクは、速度制御システムの低速性能と位置制御システムの高精度の位置決め能力の両方を損なう可能性があります。したがって、モーター設計では、最適化コンポーネントを優先順位付けして、コギングトルクを最小限に抑える必要があります。

調査によると、歯のスロットトルクを減らす一般的な方法には、ポールアーク係数の変更、ステータースロット幅の減少、傾斜スロットと極スロットの調整の実装、磁気極の位置、寸法、形状の調整が含まれることが示されています。ただし、これらの測定値は、電磁トルクが減少する可能性があるなど、他の運動性能特性に悪影響を与える可能性があることに注意することが重要です。したがって、設計中、エンジニアはすべての要因のバランスを取るように努力して、最適なモーター性能を実現する必要があります。

2。永久磁石同期モーターシミュレーション技術

永久磁石モーターに永久磁石が存在することは、非負荷漏れ透過性や極アーク係数などのパラメーターを計算する際の設計者に課題をもたらします。これらのモーターパラメーターを最適化するために、有限要素分析ソフトウェアが一般的に採用されています。このソフトウェアは、非常に正確なパラメーター計算を可能にし、そのアプリケーションがモーターパラメーターがパフォーマンスにどのように影響するかを分析することで信頼できる結果が得られます。

有限要素計算方法は、モーターの電磁界を分析するための、より便利で効率的で正確なアプローチを提供します。有限差分法から開発された数値的方法として、それは科学的および工学分野で広く採用されています。このプロセスには、数学的に連続溶液ドメインを離散要素に離散化し、それに続いて各要素内で区分的補間が行われ、線形補間関数（つまり、近似関数）が形成されます。有限要素シミュレーション分析により、モーターインテリア内の磁束線パターンとフラックス密度分布を視覚的に観察できます。

3。永久磁石同期モーター制御技術

モータードライブシステムのパフォーマンスを向上させることは、産業制御開発にとって同様に重要です。このテクノロジーは、基本的な特性を通じてシステムのパフォーマンスを最適化します。低速条件下での急速な加速中に高トルクと定常加速度を提供すると同時に、高速での広範な一定の電力速度調節を可能にします。表1に、主要なモーター性能指標の比較を示します。

恒久的なマグネットモーターは、例外的な信頼性、広範な速度調節範囲、および高効率を示しています。適切な制御方法とペアになると、モーターシステム全体が最適なパフォーマンスを実現できます。したがって、効率的な速度調整のために適切な制御アルゴリズムを選択すると、モータードライブシステムが広範な速度範囲と一定の電源ゾーンで効果的に動作することができます。ベクター制御方法は、広範な速度制御範囲、高効率、信頼性、安定性、費用対効果などの利点のため、永久磁石モーター速度調節アルゴリズムで広く採用されています。これらの方法は、モータードライブ、鉄道輸送システム、および工作機械サーボアプリケーションで広く使用されています。さまざまなアプリケーションシナリオには、対応する現在のベクトル制御戦略が必要です。

機能と分類

1。永久磁石同期モーターの特性

永久磁石同期モーターは、単純な構造、低エネルギー損失、および高力率を備えています。ブラシや整流器を必要とする電気的に励起されたモーターとは異なり、それらは反応性励起電流の必要性を排除します。この設計により、ステーターの電流と抵抗損失が減少し、効率が高まり、励起トルクが高く、優れた制御性能が発生します。しかし、彼らは高コストや困難な開始メカニズムなどの課題に直面しています。運動制御技術（特にベクター制御システム）の進歩により、標準の磁石同期モーターは、広範囲の速度調節、迅速な動的応答、高精度の位置決め制御を可能にしました。これらの機能は、さまざまな分野での研究努力の増加を促進しています。

2。永久磁石同期モーターの分類

rotorローター磁場の異なる分割によると、波形形成

永久磁石同期モーターのローター磁石の形状が異なるため、ローターの磁場の空間分布によって形成される波形も異なります。従来、それらは2つのタイプに分かれています：正弦波永久磁石同期モーター速度制御システム（ローターはステーターに正弦波逆電気力を生成する）とブラシレスDCモーター（BLDCM）（BLDCM）。

Rotor内の永久磁石の異なる空間構造に応じて

永久磁石同期モーターは、ローター内の永久磁石の空間配置に基づいて、表面に取り付けられた組み込みのタイプに分類されます。表面に取り付けられたモデルは、ローターコアの外面にしっかりと付着するタイル型の磁石を備えています。これらのモーターの重要な特徴は、直接軸と交互軸構成の両方のインダクタンス値が同一のままであることです。

内蔵の永久磁石モーターでは、永久磁石がローターコア内に収容されています。これらの磁石の外面とステーターコアの内側の周囲の間には、強磁性材料で作られたポールシューズがあります。これらのポールシューズは、磁束を濃縮するのに役立ち、それにより、気道磁気密度を高め、無負荷の空気隙間磁場の波形を改善します。このタイプの永久磁石モーターの重要な特徴は、直接軸と交互軸の磁気回路の間の非対称構成です。

これら2つのモーターの性能は異なります。表面の永久磁石モーターと比較して、組み込みの永久磁石モーターには、弱い磁力膨張能力、高速の動的応答、小さなシックギングトルクの利点があります。

永久磁石同期モーターの開発動向

1.manentマグネットブラシレスDCモーター（bldcm）

1980年代以来、制御技術（特に制御理論戦略）が急速な発展を見た。スライドモード制御や可変構造制御などの高度なアプローチが、永続的なマグネットブラシレスモーターのコントローラーに統合されています。この進歩により、高性能システムがインテリジェントで柔軟な、完全にデジタル化されたソリューションに進化する道が開かれました。生活水準が上昇し続け、環境保護意識が高まるにつれて、高性能運動システムの採用は、モーター業界で避けられない傾向になりました。また、これらのシステムは、今後数年間で電気自動車や家電製品などの小規模なモーターセクターで幅広いアプリケーションを見ることが期待されています。

2。PMSMの開発動向

PMSMサーボシステムは、独自のテクノロジーとアプリケーションの分野により、2つの方向に発展します。

officeオフィスオートメーション機器、シンプルなCNC工作機械、コンピューター周辺機器、家庭用電化製品、産業モーションコントロールの低いパフォーマンス要件の分野のシンプルで低コストのサーボシステム。

how速度CNC工作機械、ロボット、特別な加工装置用の精密フィードドライブ、および高性能の完全なデジタル、航空および航空宇宙向けの柔軟なサーボシステム。後者はサーボシステムの利点をよりよく反映することができ、将来の開発の主な方向になります。

永久磁石同期モーターの設計方法の分類

1.磁気回路法：
モーター内の不均一な交互の磁場は、対応する磁気回路として同等にモデル化され、磁場計算を磁気回路計算に変換できます。ただし、同等の磁気回路計算は多数の補正係数を使用しているため、その正確な値を理論的に決定することはできません。したがって、通常、経験的データが使用されます。予備設計が要件を満たしていない場合、設計者は修正値を再調整し、結果を再計算する必要があります。

2。有限要素方法：
正確な計算を確保するために、永久磁石の極構成や局所消磁などの要因など、電磁界分析が不可欠です。数値計算のために有限要素分析ソフトウェアを使用すると、モーターの最適化のための正確なデータを提供しながら、製品開発コストが大幅に削減されました。コンピューティングパワーの進歩により、電磁場数値計算におけるさまざまな分析手法の進化が可能になりました。有限要素法は、基本的に問題を構造的に溶媒可能なシステムに変換し、無限の自由度を持つ連続システムを有限のユニットセルのセットに理想化します。現在、ANSYSは、最も広く使用されている有限要素シミュレーションソフトウェアとして存在し、モーターシステム全体に包括的な共同シミュレーションを実施できます。

3。フィールドロードの組み合わせ方法：

磁気回路法は迅速な計算速度を提供しますが、精度がありません。コンピューターベースの方法は高精度を提供しますが、計算的に集中的であり、高度なハードウェアが必要です。電磁モーター数値計算における有限要素分析を従来の磁気回路技術と統合することにより、計算効率と精度の両方を強化できます。これは、モーターパラメーター設計に大きな値を持つ実用的なアプローチです。フィールドサーキット統合方法論は、3段階のプロセスに従います。まず、幾何学モデルが磁気回路の計算を使用して事前に確立されます。その後、有限要素解析が適用され、等価磁気回路法の補正を必要とする係数を正確に決定します。