Moteurs à aimants permanents

La demande de moteurs à haute performance et économes en énergie continue de croître dans les applications industrielles et de transport modernes.Les moteurs à aimants permanents (PMM) ont acquis une position dominante dans de nombreuses applications en raison de leurs performances exceptionnelles à basse vitesseCependant, la structure de l'appareil est plus compacte.Les PMM ne sont pas sans limites: leurs caractéristiques inhérentes posent plusieurs défis qui nécessitent une analyse minutieuse et des compromis dans les applications pratiques.Ce rapport fournit une perspective d'experts complète sur les avantages et les limites des PMM, offrant des conseils aux ingénieurs et aux décideurs en matière de sélection et d'application des moteurs.

Les moteurs à aimants permanents utilisent des aimants permanents pour générer des champs magnétiques.Les PMM ne nécessitent pas de courant d'excitation supplémentaire pour maintenir leur champ magnétiqueLe moteur se compose principalement d'un stator et d'un rotor, avec des aimants permanents montés sur le rotor et des enroulements d'armature enroulés sur le stator.Lorsque le courant circule à travers les enroulements du stator, le champ électromagnétique résultant interagit avec le champ d'aimant permanent pour produire un couple qui entraîne la rotation du moteur.

En fonction des configurations de montage des aimants, les PMM peuvent être classés en plusieurs types principaux:

• Pour les appareils de détection de gaz, les caractéristiques suivantes doivent être respectées:Les aimants sont montés directement sur la surface du rotor. Cette conception simple et rentable est limitée dans les applications à grande vitesse en raison des forces centrifuges qui affectent les aimants.
• MDP intérieure:Les aimants sont intégrés dans le rotor, offrant une meilleure résistance mécanique et une capacité de vitesse plus élevée.Les IPM peuvent utiliser le couple de réticence grâce à une conception de circuit magnétique optimisée pour améliorer la densité et l'efficacité de la puissance.
• PMM à enroulement concentré:Il comporte des enroulements de stator concentrés autour des dents individuelles, réduisant la résistance d'enroulement et l'inductivité pour améliorer l'efficacité et la densité de puissance.
• PMM de flux radiale:Le type le plus courant avec des champs magnétiques perpendiculaires à l'axe de l'arbre, largement utilisé dans les applications industrielles et de transport.
• PMM du flux axial:Il possède des champs magnétiques parallèles à l'axe de l'arbre, offrant des conceptions compactes idéales pour des applications à espace restreint.

Les principaux composants des PMM sont les suivants:

• à haute résistance à l'usure:Composant de base fournissant des champs magnétiques stables, généralement constitué de néodyme-fer-boro (NdFeB), de samarium-cobalt (SmCo) ou de ferrite.
• d'une puissance de sortie de l'ordre de:Enroulements en cuivre ou en aluminium générant un couple électromagnétique.
• d'une puissance de sortie de l'ordre de:Laminations en acier au silicium qui complètent le circuit magnétique.
• Les roulements:Soutenir le rotor pour un fonctionnement en douceur.
• Le logement:Protège les composants internes et assure la dissipation thermique.

• Efficacité élevée:L'élimination du courant d'excitation réduit considérablement les pertes d'énergie, particulièrement avantageuse dans les conditions de charge partielle.
• Densité de puissance élevée:Fournit une puissance de sortie substantielle dans des facteurs de forme compacts, idéal pour les véhicules électriques et la robotique.
• Excellente performance à basse vitesse:Fournit un couple stable à basse vitesse, adapté aux servos et aux éoliennes.
• Réponse rapide:Une faible inertie permet des performances dynamiques rapides pour la robotique et les machines CNC.
• Structure compacte:L'élimination des enroulements d'excitation et des anneaux de glissement réduit la taille et le poids.
• Faible bruit:Le contrôle du courant d'onde sinusoïdale et la conception mécanique optimisée minimisent le bruit opérationnel.

• Limite de vitesse:Le champ électromagnétique arrière à grande vitesse s'approche de la tension d'alimentation de l'onduleur, ce qui limite l'efficacité du contrôle du courant.
• Restrictions d'affaiblissement du champ:Les moteurs IPM utilisant des techniques d'affaiblissement du champ sont confrontés à des limites pratiques de la plage de vitesses (ratio ~ 4: 1) et à des pertes accrues.
• Gestion des défauts:Le champ électromagnétique inverse inhérent peut provoquer un flux de courant persistant pendant les pannes, créant des risques pour la sécurité.
• Sensitivité à la température:Les températures élevées peuvent provoquer une démagnétisation (sauf dans les aimants au cobalt de terres rares).
• Résistance mécanique:Le fonctionnement à grande vitesse risque de détachement de l'aimant en raison des forces centrifuges.
• Maintenance et recyclage:Des exigences de démontage complexes et des processus de recyclage spécialisés.
• Coût plus élevé:Les matériaux à aimants permanents augmentent les coûts de fabrication par rapport aux moteurs traditionnels.

Les principales considérations comprennent la plage de vitesses, les besoins en couple/puissance, les objectifs d'efficacité, les conditions environnementales, les contraintes de taille, le budget, les besoins en fiabilité, la méthodologie de contrôle,et les exigences de protection.

Choisissez entre SPM (basse vitesse, sensible aux coûts), IPM (haute vitesse, haute consommation d'énergie), enroulement concentré (haut rendement) ou flux axial (limité par l'espace) en fonction des priorités d'application.

Le résultat de l'analyse de l'utilisation de l'équipement doit être conforme aux exigences de la présente directive.

Les techniques avancées comprennent l'optimisation du circuit magnétique, la réduction du couple de cogging, les améliorations de la conception de l'enroulement et les améliorations de la gestion thermique.

Les options incluent le contrôle orienté sur le terrain (haute précision), le contrôle direct du couple (réponse rapide) ou le contrôle sans capteur (économies de coût/espace).

Mettre en place des systèmes de protection contre les surtensions, les surtensions, les surtempératures, les courts-circuits et les arrêts.

Conception en vue de la mise en service et de la récupération des matières en fin de vie lors de la sélection initiale.

• Véhicules électriques:Composants de propulsion de base bénéficiant d'un rendement et d'une densité de puissance élevés.
• Automatisation industrielle:Les servosystèmes, la robotique et les machines CNC nécessitent une précision et une fiabilité.
• Aérospatiale:Les systèmes d'aéronefs et les drones nécessitent des solutions légères et performantes.
• Appareils ménagers:Efficace en énergie, fonctionnement silencieux pour la climatisation et les produits blancs.
• Énergie renouvelable:Générateurs éoliens et hydroélectriques nécessitant une conversion d'énergie durable et efficace.

Les moteurs à aimants permanents représentent une solution de haute performance avec une large application dans tous les secteurs.Une mise en œuvre réussie exige une compréhension approfondie de leurs capacités et de leurs limitesEn s'attaquant aux défis techniques grâce à une sélection adéquate, une optimisation de la conception et des stratégies de contrôle,Les ingénieurs peuvent tirer pleinement parti des avantages de la PMM tout en atténuant les risques potentiels.