励磁損失のない永久磁石同期交流モータとは何ですか?

産業の発展と市場の動向:
高効率・省エネモータの需要の高まりに伴い、モータ市場における永久磁石同期モータのシェアは徐々に拡大しており、関連産業の発展の見通しが注目されています。たとえば、産業オートメーション、家電製品、鉄道輸送などの分野では、永久磁石同期モーターの応用がますます拡大しており、業界の発展と高度化が促進されています。
永久磁石同期モーターの製造におけるレアアース資源の重要性はますます顕著になっており、中国はレアアース資源が豊富な国として、永久磁石同期モーター産業の発展において一定の利点を有しており、関連産業の発展は、も注目を集めた。

 

定義と原則
永久磁石同期モーター (PMSM) は、永久磁石によって励起された同期回転磁界を生成する同期モーターです。その固定子巻線は三相交流後に回転磁界を生成し、回転子は永久磁石で構成されており、永久磁石によって生成された磁界に依存して固定子の回転磁界と相互作用するため、モーターの回転子はステータの回転磁界に同期して回転します。
その動作原理は、電磁誘導の法則と磁場の相互作用の原理に基づいています。ステータ電流によって生成される回転磁界とロータの永久磁界の間には電磁トルクが存在します。トルクによってモーターのローターが回転し、ローターの速度はステーターの回転磁界の速度と厳密に同期します。

 

構造的特徴
固定子の構造は通常の三相非同期モーターと同様で、固定子鉄心と固定子巻線で構成されます。ステータコアは通常、鉄損を低減するために珪素鋼板を積層して作られています。固定子巻線は三相巻線であり、一定の規則に従って固定子のスロットに埋め込まれ、三相交流電流を流すことによって回転磁界を発生させるために使用されます。
ロータ構造は永久磁石同期モータの重要な部分です。ローターには永久磁石が取り付けられており、永久磁石の材質は通常NdFeb（Nd-Fe-B）などの高性能永久磁石材料です。回転子への永久磁石の設置方法の違いにより、表面永久磁石回転子と内蔵永久磁石回転子に分けられます。表面型永久磁石ロータの永久磁石はロータコアの表面に設置され、構造とプロセスが簡単ですが、永久磁石は外部磁界の影響を受けやすいため、永久磁石はロータコアの表面に取り付けられます。内蔵永久磁石ロータの永久磁石はロータの内部コアに埋め込まれており、その構造は比較的複雑ですが、より優れた磁気回路特性と機械的特性を備えています。

アドバンテージ
高効率：永久磁石励磁を使用しているため、追加の励磁電流が必要なく、励磁損失が低減され、従来の非同期モータと比較して、同じ使用条件下でより高い効率が得られます。これにより、エネルギー消費が大幅に削減され、機器の長期稼働にかかるエネルギーコストを節約できます。
高力率: 永久磁石同期モーターの力率は 1 に近いため、電力網に電力が供給されている場合、モーターが電力網から吸収する無効電力は非常に小さく、電力網の無効電力負担が軽減されます。グリッドの電力供給品質を向上させます。
応答速度が速い：トルク応答が速く、制御信号に応じて速度やトルクを素早く調整できるため、産業用自動生産ラインやロボットなど高精度な制御が必要な場面に適しています。
コンパクトな構造: 励磁巻線や関連する励磁装置が不要なため、モーターの全体的な構造がよりコンパクトで小型になり、スペースを必要とする一部の機器では大きな利点となります。

応用分野
産業分野: CNC工作機械、繊維機械、印刷機械などの産業オートメーション機器で広く使用されています。たとえば、CNC工作機械では、永久磁石同期モーターが工具の速度と位置を正確に制御し、加工を改善します。正確さ。
輸送分野: 永久磁石同期モーターは、電気自動車、電車、その他の輸送車両の駆動モーターとして広く使用されています。電気自動車の永久磁石同期モーターは、高効率、省エネ、良好なトルク特性という利点があり、電気自動車の航続距離と動力性能を向上させることができます。
家電製品：エアコン、冷蔵庫、洗濯機などの家電製品にも使用されています。例えば、エアコンのコンプレッサーに永久磁石同期モーターを使用すると、エアコンのエネルギー効率が向上し、運転音も低減されます。
第二に、「損をしない」ことの理解と実態

 

理想的には損失がない
理想的な状況下では、モータの鉄損（鉄心のヒステリシス損や渦電流損）とモータの機械損（軸受の摩擦損や巻線抵抗損など）を無視すると、永久磁石同期機のエネルギー変換効率は次のようになります。励磁損失がない、いわゆる「無損失」のため、モータの出力を100%に近づけることができます。これは、この仮定の下では、固定子巻線への電気エネルギー入力がほぼ完全に機械エネルギー出力に変換されるという理論的仮定に基づいています。
実際の損失状況
鉄損：実際の運転では、ステータコアの珪素鋼板が交流磁界の作用によりヒステリシス損や渦電流損を発生します。ヒステリシス損失はコア材料のヒステリシス特性によるもので、磁場が変化するとコア内の磁区が反転してエネルギーを消費します。渦電流損失は、コア内の交流磁場によって誘導される渦電流によって発生し、コアの抵抗で熱が発生し、エネルギーを消費します。
機械的損失：モーターのローターが回転する過程でベアリングによる摩擦損失が発生し、モーターの回転と周囲の空気との相対運動により風抵抗損失が発生します。これらの機械的損失により、モーターの効率が低下します。
漂遊損失: ステータとロータ内の高次高調波磁場の相互作用によって生じる損失と、製造プロセスやその他の要因によって生じる追加損失が含まれます。永久磁石同期モータの効率は比較的高いですが、これらの実際の損失は無視できません。
第三に、AC モーターの特性が関係しています。
AC電源の適応性
永久磁石同期モーターは交流モーターの一種で、三相交流電源に直接接続して動作できます。実際のアプリケーションでは、モーターの定格電圧と定格周波数に応じて、対応する AC 電源を適合させる必要があります。さまざまなアプリケーション シナリオでは、AC 電源を適切に調整する必要がある場合があります。たとえば、一部の産業用途では、電力網の電圧変動が大きい場合、モーターの正常な動作を保証するために電圧レギュレータの使用が必要になる場合があります。
他のACモーターとの比較
前述のように、永久磁石同期モーターは非同期モーターと比較して、効率、力率などが高いという利点があります。非同期モータは、構造が簡単で低コストで信頼性が高く、効率の要求がそれほど高くなく、コストがより重視される場合に広く使用されています。
永久磁石同期モーターはシンクロナスリラクタンスモーターと比べてトルク密度が高く、同じ体積、出力でより大きなトルクを出力できます。同期リラクタンスモーターは主にリラクタンストルク動作に依存しており、その効率と性能はいくつかの点で永久磁石同期モーターほど良くありません。