Motori a magneti permanenti generare coppia attraverso l'interazione della corrente dello statore con i magneti permanenti sul o nel rotore. I motori piccoli e a bassa potenza vengono utilizzati nelle apparecchiature IT, nelle macchine commerciali e nelle apparecchiature ausiliarie automobilistiche in cui i magneti del rotore di superficie sono comuni. I magneti interni (IPM) sono comuni nelle macchine più grandi come veicoli elettrici e motori industriali.
Nei motori PM, è possibile utilizzare avvolgimenti centralizzati (a passo corto) per lo statore se non si considerano le pulsazioni di coppia, ma gli avvolgimenti distribuiti sono comuni nei motori PM più grandi. L'inverter è fondamentale per il controllo della corrente dell'avvolgimento poiché i motori PM non dispongono di un commutatore meccanico. I motori PM non richiedono corrente per supportare il campo magnetico, a differenza di altri motori brushless. Di conseguenza, i motori PM possono fornire la massima coppia e potrebbero essere la scelta migliore se sono piccoli o leggeri. La mancanza di corrente magnetizzante significa anche una maggiore efficienza nel carico “sweet spot”, dove il motore offre le migliori prestazioni.
Inoltre, sebbene i magneti permanenti offrano vantaggi in termini di prestazioni a basse velocità, rappresentano anche il “tallone d'Achille” della tecnologia. Ad esempio, all'aumentare della velocità di un motore PM, la forza elettromotrice inversa si avvicina alla tensione di alimentazione dell'inverter, rendendo impossibile il controllo della corrente dell'avvolgimento. Ciò definisce la velocità di base di un motore PM per uso generale e solitamente rappresenta la velocità massima possibile per una determinata tensione di alimentazione in un design a magnete di superficie.
A velocità superiori alla velocità fondamentale, gli IPM utilizzano l'indebolimento attivo del campo magnetico, in cui le correnti dello statore vengono manipolate per deprimere intenzionalmente il flusso magnetico. La gamma di velocità implementabili in modo affidabile è limitata a circa 4:1. Come in precedenza, questo limite può essere raggiunto riducendo il numero di spire degli avvolgimenti e accettando maggiori costi e perdite di potenza nell'inverter.
La necessità di indebolimento del campo magnetico dipende dalla velocità e comporta perdite associate indipendentemente dalla coppia. Ciò può ridurre l'efficienza alle alte velocità, soprattutto con carichi leggeri.
Gli svantaggi del motore PM includono che è difficile da gestire in condizioni di guasto a causa della sua forza elettromotrice inversa intrinseca. Anche se l'inverter è scollegato, finché il motore gira, la corrente continuerà a fluire attraverso i guasti degli avvolgimenti, provocando una coppia di bloccaggio e un surriscaldamento, che può essere pericoloso. Ad esempio, l'indebolimento del campo magnetico ad alta velocità dovuto allo spegnimento dell'inverter può portare a una generazione di energia incontrollata e la tensione del bus CC dell'inverter può raggiungere livelli pericolosi. La temperatura operativa è un'altra limitazione importante, ad eccezione dei motori a magneti permanenti dotati di magneti in samario-cobalto. E le correnti elevate del motore dovute al guasto dell'inverter possono portare alla smagnetizzazione. La forza di tenuta dei magneti meccanici limita la velocità massima. Se un motore a magnete permanente è danneggiato, per ripararlo di solito è necessario restituirlo alla fabbrica perché estrarre e maneggiare il rotore in modo sicuro è difficile. Infine, il riciclaggio a fine vita è problematico, anche se l’attuale elevato valore dei materiali delle terre rare potrebbe renderlo economicamente più fattibile.
Nonostante questi inconvenienti, i motori a magneti permanenti rimangono ineguagliabili in termini di bassa velocità ed efficienza e sono utili in situazioni in cui dimensioni e peso sono fondamentali.
Con i vantaggi di alta efficienza, buon risparmio energetico, dimensioni ridotte, leggerezza e alta affidabilità, i motori a magneti permanenti sono stati ampiamente utilizzati in vari settori.
Le caratteristiche di elevata efficienza e risparmio energetico dei motori a magneti permanenti consentono loro di soddisfare le esigenze delle industrie con elevati requisiti di efficienza energetica. Che si tratti di macchine utensili CNC, macchine per la plastica o compressori, i motori PM riducono significativamente il consumo energetico nella produzione industriale. Inoltre, i motori PM svolgono un ruolo importante nell'automazione industriale e sono ampiamente utilizzati nei robot, nelle macchine utensili CNC, nelle attrezzature per l'imballaggio e nei sistemi di trasporto, dove la loro elevata efficienza, reattività e caratteristiche di controllo preciso li rendono ideali per lavorazioni e produzioni di alta precisione.
I motori sincroni a magneti permanenti sono ampiamente utilizzati nei veicoli elettrici e ibridi. L’elevata densità di potenza e l’elevata efficienza consentono ai veicoli elettrici di avere una migliore autonomia ed efficienza energetica. I motori PM non solo possono migliorare l'efficienza di guida dell'auto, ma anche realizzare il recupero di energia per migliorare ulteriormente l'autonomia dell'auto.
Motori a magneti permanenti (PMG) svolgono anche un ruolo insostituibile. I generatori a magneti permanenti (PMG) sono ampiamente utilizzati nella produzione di energia eolica e idroelettrica, ecc., utilizzando l'energia eolica o idrica per essere convertita in elettricità. Allo stesso tempo, i motori a magneti permanenti vengono utilizzati anche nei sistemi di inseguimento solare fotovoltaico, nella generazione di energia oceanica e in altri nuovi dispositivi energetici per promuovere lo sviluppo delle energie rinnovabili.
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