영구 자석 동기 전기 모터 미래의 효율성을 주도합니다

1. 소개

에너지 효율, 전기 화 및 자동화로의 글로벌 전환으로 전기 모터가 스포트라이트로 이어졌습니다. 사용 가능한 다양한 모터 기술 중에서 PMSM (Permanent Magnet Synchronous Motor)은 가장 효율적이고 신뢰할 수 있으며 고성능 솔루션 중 하나로 두드러집니다.PMSMS산업 자동화 및 로봇 공학에서 자동차 및 재생 에너지에 이르기까지 다양한 산업 분야에서 사용됩니다.

전통적인 유도 모터와 달리 PMSMS는 로터에 내장 된 영구 자석을 사용하여 외부 여기의 필요성을 제거하고 에너지 손실을 크게 줄입니다. 이 설계는 우수한 효율성, 더 높은 전력 밀도 및 정확한 속도 제어를 가능하게하여 PMSM을 지속 가능하고 지능적인 시스템의 미래를위한 핵심 기술로 만듭니다.

이 기사는 작업 원칙과 장점에서 산업 응용 프로그램, 현재 동향 및 미래를 형성하는 과제에 이르기까지 PMSMS를 심층적으로 탐구합니다.

2. 영구 자석 동기 전기 모터 이해

에이영구 자석 동기 모터로터에 영구 자석이 내장 된 동기 모터의 한 유형입니다. 이 자석은 일정한 자기장을 생성하며, 이는 교대 전류 (AC)에 의해 생성 된 고정자의 회전 자기장과 상호 작용합니다. 로터 및 고정자 필드는 동기화로 고정되므로 모터는 적용된 주파수와 동일한 속도로 작동합니다.

주요 특성은 다음과 같습니다.

• 동기 작동 : 로터와 고정자 속도 사이를 슬립하는 유도 모터와 달리 PMSMS는 슬립없이 작동하여 정확한 속도 제어를 제공합니다.
• 영구 자석 : 로터는 네오디움-아이언-보론 (NDFEB) 자석과 같은 고성능 재료를 사용하여 강력하고 안정적인 자기장을 전달합니다.

PMSM 유형 :

• 표면 장착 PMSM (SPMSM)-자석은 로터 표면에 배치되어 간단한 구조와 고효율이 제공됩니다.
• 내부 PMSM (IPMSM) - 자석은 로터 내에 묻혀 토크 밀도가 높아지고 장 약화가 향상되며 견고성을 제공합니다.

PMSMS는 동기화 작업과 영구 자석 여기를 결합함으로써 까다로운 응용 분야에서 비교할 수없는 제어 및 효율성을 제공합니다.

3. 영구 자석 동기 전기 모터의 장점

PMSMS는 산업 전반에 걸쳐 점점 더 선호되는 기술적 이점을 제공합니다.

3.1 고효율

PMSMS는 로터 여기에 전류가 필요하지 않기 때문에 로터 구리 손실을 제거합니다. 이 설계는 특히 부분 부하에서 우수한 효율성을 생성하므로 지속적인 작동을위한 지속 가능한 솔루션이됩니다.

3.2 고전력 밀도

PMSM은 강한 플럭스를 제공하는 영구 자석을 사용하여 소형 크기로 높은 토크와 전력 출력을 달성합니다. 이 기능은 특히 공간과 무게가 중요한 전기 자동차 (EV) 및 항공 우주와 같은 응용 분야에서 특히 가치가 있습니다.

3.3 정밀도 및 제어

PMSM의 동기 특성은 속도와 위치를 정확하게 제어 할 수 있습니다. 벡터 제어 또는 DTC (Direct Torque Control)와 같은 고급 제어 알고리즘과 결합하면 PMSMS는 탁월한 동적 성능을 제공합니다.

3.4 신뢰성과 내구성

손실이 적고 열 발생이 낮아지고 강력한 구조로 PMSMS는 까다로운 조건에서 긴 서비스 수명과 안정적인 성능을 나타냅니다.

3.5 저음 및 원활한 작동

Sinusoidal Back Electromotive Force (EMF) 및 동기 속도 작동은 로봇 공학, 자동화 및 가정 기기에 중요한 조용하고 매끄럽고 진동이없는 움직임을 보장합니다.

3.6 넓은 속도 범위

특히 IPMSM의 경우 모터는 필드 약화에 의해 가능성이 높은 고속 영역을 포함하여 광범위한 속도에 걸쳐 효율적으로 작동 할 수 있습니다.

이러한 장점은 현대 모션 시스템에서 PMSM을 금 표준으로 설정합니다.

4. 산업 전반의 응용

PMSM의 다양성은 광범위한 산업에서 채택 할 수있게합니다.

산업 자동화

• 로봇 공학: PMSM은 정확한 모션, 높은 토크 밀도 및 응답 성을 제공합니다. 산업용 로봇, 공동 작업 로봇 (COBOT) 및 자동 조립 시스템의 비판.
• CNC 기계: 가공시 PMSM은 안정적인 속도와 토크를 제공하여 절단, 드릴링 및 밀링 작업의 정확성을 보장합니다.
• 자재 취급: 컨베이어 시스템, 자동화 된 가이드 차량 (AGV) 및 리프팅 장비는 PMSM의 효율성 및 제어의 이점을 얻습니다.

재생 에너지

• 풍력: PMSM은 신뢰성, 유지 보수가 낮고 가변 속도로 작동하는 능력으로 인해 직접 드라이브 풍력 터빈에서 널리 채택됩니다.
• 수력 및 파도 에너지: Compact PMSM은 전력을 효율적으로 수확하기 위해 Hydrokinetic 및 Marine Energy Converter에 통합됩니다.

가전 ​​제품

세탁기, 냉장고 및 에어컨은 더 조용한 작동, 더 높은 효율 및 연장 된 수명을 위해 PMSM을 점점 더 많이 사용합니다.

항공 우주 및 방어

항공기 시스템, 드론 및 위성은 무게에 민감하고 성능이 중요한 기능을 위해 PMSM을 사용합니다. PMSM의 소형 및 높은 토크 대 웨이트 비율은 타의 추종을 불허합니다.

의료 기기

MRI 기계, 인공 호흡기 및 수술 로봇과 같은 정밀 장비는 정확성, 저음 및 신뢰성을 위해 PMSM에 의존합니다.

5. 전기 자동차의 영구 자석 동기 전기 모터

자동차 산업은PMSM양자. 전기 이동성이 가속화함에 따라 PMSM은 많은 주요 EV 제조업체에게 선택의 모터가되었습니다.

5.1 왜 EV의 PMSMS인가?

• 효율성은 더 긴 운전 범위로 해석됩니다- 절약 된 효율의 모든 비율은 범위 확장에 직접 기여합니다.
• 소형- PMSM은 제한된 차량 공간에 매끄럽게 맞으며 높은 토크를 전달합니다.
• 즉각적인 토크- 영구 자석은 빠른 응답과 강한 가속을 허용합니다.
• 열 관리- 로터 손실 감소는 온도를 낮게 유지하여 신뢰성을 향상시킵니다.

5.2 EV의 일반적인 응용

• 트랙션 모터- 승용차, 버스 및 트럭의 핵심 추진 시스템.
• 전자 축 시스템- PMSM, 전력 전자 장치 및 기어 박스를 결합한 통합 드라이브 장치.
• 보조 시스템- 파워 스티어링, 펌프 및 압축기는 PMSMS의 효율성 및 제어 성으로부터 이익을 얻습니다.

5.3 사례 연구

• Tesla, BMW 및 ToyotaEV 라인업에서 PMSM을 널리 구현했으며, 각각의 자석 배치 및 냉각 기술의 변화를 활용하여 성능을 최적화합니다.
• 상업용 차량전기 트럭 및 버스와 같은 PMSM을 점점 더 통합하여 엄격한 배출 및 효율성 규정을 충족시킵니다.

6. PMSM의 성장을 주도하는 산업 동향

PMSM에 대한 전 세계 수요는 몇 가지 수렴 추세로 인해 빠르게 확장되고 있습니다.

6.1 교통 전기

지속 가능한 이동성 및 규정 내부 연소 엔진을 단계적으로 폐지하기위한 규정은 EV, 기차 및 해양 운송에서 PMSM 채택을 주도하고 있습니다.

6.2 산업 4.0 및 스마트 제조

자동화, 로봇 공학 및 디지털 공장에는 PMSMS가 제공하는 높은 정밀, 연결 및 효율성을 가진 모터가 필요합니다.

6.3 재생 에너지 통합

재생 에너지가 증가함에 따라 PMSM은 성능을 향상시키고 유지 보수를 줄이기 위해 풍력, 하이드로 및 분산 에너지 시스템에 점점 더 많이 사용됩니다.

6.4 자석 기술의 발전

희귀 한 자석 재료의 혁신과 자석이없는 PMSM 대안 (페라이트 기반 또는 하이브리드 설계)은 가용성과 지속 가능성을 향상시키고 있습니다.

6.5 제어 시스템 혁신

모터 제어 전자 장치, 센서 및 AI 중심 최적화의 발전으로 PMSM은 다양한 응용 프로그램에보다 지능적이고 효율적이며 적응할 수 있습니다.

6.6 지속 가능성 및 에너지 효율 규정

유럽

7. 도전과 미래의 전망

PMSMS는 효율성과 성능을 이끌고 있지만 몇 가지 과제는 여전히 남아 있습니다.

7.1 희토류 재료에 대한 의존성

Neodymium 및 Dysprosium과 같은 희귀 한 자석에 대한 의존은 공급망 안정성과 환경 지속 가능성에 대한 우려를 제기합니다. 이 도전은 희귀 고리가없는 대안에 대한 연구를 가속화했습니다.

7.2 열 관리

높은 전력 밀도에서는 효과적인 냉각이 필수적입니다. 향후 PMSM 설계는 고급 액체 냉각 시스템 및 열 모델링에 중점을 둡니다.

7.3 Demagnetization 위험

높은 작동 온도 또는 과도한 전류는 영구 자석을 제거 할 수 있습니다. 엔지니어는이 위험을 해결하기 위해 자석 코팅, 개선 된 로터 구조 및 결함 방해 설계를 개발하고 있습니다.

7.4 신흥 모터 기술과의 경쟁

스위치 릴라스 꺼짐 모터 (SRM) 및 유도 모터와 같은 대안은 계속 발전하고 있습니다. 그러나 PMSM은 효율성과 제어에서 강력한 경쟁력을 유지합니다.

7.5 미래의 방향

• 하이브리드 모터 토폴로지성능 향상을 위해 PMSM과 꺼리는 원칙을 결합합니다.
• 디지털 쌍둥이 및 AI 모니터링예측 유지 보수 및 최적화 용.
• 와이드 밴드 갭 반도체와의 통합(sic, gan) 더 높은 효율성과 더 빠른 스위칭을 위해 드라이브.
• 새로운 부문으로의 확장UAM (Urban Air Mobility), 해양 전기 화 및 정밀 농업과 같은.

8. 결론

영구 자석 동기 모터는 현대 전기 화 및 자동화의 초석입니다. 고효율, 소형, 정밀도 및 다양성은 산업 자동화 및 로봇 공학에서 재생 가능 에너지 및 전기 자동차에 이르기까지 애플리케이션에 필수 불가결합니다.

산업이 지속 가능성과 디지털화로 가속함에 따라 PMSMS는 계속해서 중추적 인 역할을 할 것입니다. 희귀 지구 의존성 및 열 관리와 같은 문제가 존재하지만, 재료, 설계 및 제어 시스템의 지속적인 혁신으로 인해 PMSM이 모터 기술의 최전선에 남아 있습니다.

더 똑똑하고 깨끗하고 효율적인 세상을 향한 여정에서 영구 자석 동기 모터는 구성 요소가 아니라 미래의 원동력입니다.