永久磁石同期モーターは、そのコンパクトさと高トルク密度により、多くの産業用途、特に潜水艦推進システムなどの高性能駆動システムに広く使用されています。永久磁石同期モーターは励磁にスリップ リングを使用する必要がないため、ローターのメンテナンスと損失が軽減されます。永久磁石同期モーターは効率が高く、産業における CNC 工作機械、ロボット工学、自動生産システムなどの高性能駆動システムに適しています。
一般に、永久磁石同期モータの設計と構造では、高性能モータを得るためにステータとロータの両方の構造を考慮する必要があります。
永久磁石同期モータの構造
エアギャップ磁束密度:非同期モーターなどの設計、永久磁石回転子の設計、および固定子巻線の切り替えに関する特別な要件の使用に従って決定されます。また、ステータはスロット付きステータであると仮定する。エアギャップ磁束密度は、ステーターコアの飽和によって制限されます。特に、ピーク磁束密度はギアの歯の幅によって制限されますが、ステータの背面が最大総磁束を決定します。
さらに、許容される飽和レベルはアプリケーションによって異なります。一般に、高効率モーターは磁束密度が低く、最大トルク密度を目指して設計されたモーターは磁束密度が高くなります。ピークのエアギャップ磁束密度は通常、0.7 ～ 1.1 テスラの範囲にあります。これは総磁束密度、つまりロータとステータの磁束の合計であることに注意してください。つまり、アーマチュア反力が小さいということは、アライメントトルクが大きいということになります。
しかし、大きなリラクタンストルク寄与を得るためには、ステータ反力が大きくなければなりません。機械パラメータは、アライメント トルクを得るために主に大きな m と小さなインダクタンス L が必要であることを示しています。インダクタンスが高いと力率が低下するため、これは通常、ベース速度以下での動作に適しています。
永久磁石材質:
磁石は多くの機器において重要な役割を果たしており、その性能向上は非常に重要であり、現在、高い磁気特性を有する永久磁石が得られる希土類・遷移金属系材料が注目されています。技術に応じて、磁石は異なる磁気的および機械的特性を持ち、異なる耐食性を示します。
NdFeB (Nd2Fe14B) およびサマリウムコバルト (Sm1Co5 および Sm2Co17) 磁石は、現在入手可能な最も先進的な市販の永久磁石材料です。希土類磁石の各クラスには、さまざまなグレードがあります。NdFeB 磁石は 1980 年代初頭に商品化されました。これらは現在、さまざまな用途で広く使用されています。この磁石材料のコスト (エネルギー製品あたり) はフェライト磁石のコストに匹敵し、1 キログラムあたりのコストでは、NdFeB 磁石のコストはフェライト磁石の約 10 ～ 20 倍です。
永久磁石の比較に使用される重要な特性には、永久磁石の磁場の強さを測定する残留磁束密度 (Mr)、保磁力 (Hcj)、減磁に抵抗する材料の能力、エネルギー積 (BHmax)、密度磁気エネルギーがあります。 ;キュリー温度 (TC)、材料が磁性を失う温度。ネオジム磁石は、より高い残留磁気、より高い保磁力、およびエネルギー積を持っていますが、一般にキュリー温度が低いタイプであり、ネオジムはテルビウムおよびジスプロシウムと協力して高温での磁気特性を維持します。
永久磁石同期モーターの設計
永久磁石同期モータ (PMSM) の設計では、永久磁石ロータの構造は、ステータと巻線の形状を変更することなく、三相誘導モータのステータ フレームに基づいています。仕様と形状には、モーターの速度、周波数、極数、ステーターの長さ、内径と外径、ローターのスロット数が含まれます。PMSM の設計には、銅損、逆起電力、鉄損、自己インダクタンス、相互インダクタンス、磁束、固定子抵抗などが含まれます。
自己インダクタンスと相互インダクタンスの計算:
インダクタンス L は、アンペアあたりのウェーバーに等しい、磁束生成電流 I に対する鎖交磁束の比率 (ヘンリー (H) 単位) として定義できます。インダクタは、コンデンサが電界でエネルギーを蓄えるのと同様に、磁界でエネルギーを蓄えるために使用されるデバイスです。インダクタは通常、フェライトまたは強磁性コアの周りに巻かれたコイルで構成され、そのインダクタンス値は導体の物理的構造と磁束が通過する材料の透磁率にのみ関係します。
インダクタンスを求める手順は次のとおりです。1. 導体に電流 I が流れていると仮定します。2. ビオ・サバールの法則またはアンペールのループの法則 (利用可能な場合) を使用して、B が十分に対称であることを判断します。3. すべての回路を接続する総磁束を計算します。4. 総磁束にループ数を乗じて鎖交磁束を求め、必要なパラメータを評価して永久磁石同期モータの設計を行います。
この研究では、AC永久磁石ロータ材料としてNdFeBを使用する設計により、エアギャップ内に生成される磁束が増加し、その結果ステータの内径が減少する一方、サマリウムコバルト永久磁石を使用した場合にはステータの内径が減少することがわかりました。マグネットローターの材質が大きくなりました。結果は、NdFeB の実効銅損が 8.124% 減少することを示しています。永久磁石材料としてのサマリウムコバルトの場合、磁束は正弦波状の変化になります。一般に、永久磁石同期モータの設計と構造では、高性能モータを得るためにステータとロータの両方の構造を考慮する必要があります。
結論は
永久磁石同期モータ（PMSM）は、着磁に高磁性材料を使用した同期モータで、高効率、シンプルな構造、制御が容易という特徴を持っています。この永久磁石同期モーターは、トラクション、自動車、ロボット工学、航空宇宙技術に応用されています。永久磁石同期モーターの電力密度は、磁界の生成専用の固定子電力がないため、同じ定格の誘導モーターの電力密度よりも高くなります。 。
現在、PMSM の設計には、より高い出力だけでなく、より低い質量とより低い慣性モーメントも必要です。
投稿日時: 2022 年 7 月 1 日