Pohonné motory Pumbaa 160KW PMSM pro elektromobily PML160

1. Motor s plochým drátem
• Tvar vinutí motoru postupně přechází z kulatého drátu na plochý drát s vysokou mírou plnění drážek, krátkými konci, vysokou hustotou výkonu a silnou kapacitou odvádění tepla

2. Návrh izolace pro vysoké napětí
• Motor využívá nové izolační materiály a procesy, aby splňoval požadavky na vysokou spínací frekvenci SiC regulátorů pro stále rychlejší motory

3. Vysokorychlostní a vysoce odolná izolovaná ložiska
• Konstrukce motoru využívá izolovaná ložiska, která splňují konstrukční požadavky na 24 000 ot./min.; a účinně zabraňuje vzniku elektrické koroze ložisek.

4. Olejem chlazený motor
• Motor využívá vysokorychlostní olejovou chlazenou konstrukci, která po snížení objemu účinně snižuje jmenovitý výkon, což nejen zlepšuje účinnost, ale také prodlužuje životnost systému

5. Vynikající hluk, vibrace a vibrace (NVH)
• Rotor motoru má segmentovanou strukturu se šikmými póly, která efektivně optimalizuje hluk, vibrace a vibrace (NVH) motorového systému

Na pozadí globální strategie „dvojího uhlíku“ (uhlíkový vrchol a uhlíková neutralita) a rychlého rozvoje průmyslu elektromobilů (EV) se synchronní motor s permanentními magnety (PMSM), který se vyznačuje vysokou účinností, kompaktností a vysokou hustotou výkonu, stal klíčovou součástí pohonných systémů vozidel s novými zdroji energie (NEV). Tento článek se bude podrobně zabývat základní hodnotou a inovativními směry PMSM z hlediska strukturálních principů, elektromagnetických charakteristik a technologických aplikací.

I. Základní struktura PMSM: Kolaborativní návrh rotoru a statoru

Jádro PMSM se skládá ze statoru (nepohyblivé části) a rotoru (rotující části). Jejich společný design přímo určuje výkon motoru.

Struktura statoru
Podobně jako u tradičních asynchronních motorů se stator skládá z železného jádra a třífázových vinutí. Železné jádro je vyrobeno laminováním plechů z křemíkové oceli, aby se snížily ztráty vířivými proudy. Vinutí používají rozptýlená vinutí (U/V/W tři fáze), přičemž počet závitů a plocha průřezu jsou optimalizovány na základě požadavků na výkon pro zvýšení účinnosti přeměny elektrické energie. Konstrukce drážek (např. hruškovité drážky, drážky s kulatým dnem) ve statorovém železném jádru snižuje zvlnění momentu ozubení a zlepšuje plynulost provozu.

Struktura rotoru
Rozdíly ve výkonu PMSM pramení především z typů rotorů, přičemž se dělí na dvě hlavní kategorie:

Povrchově montované PMSM (SPMSM): Permanentní magnety jsou spojeny s povrchem rotoru a zakryty ochranným pouzdrem (např. z uhlíkových vláken). Tato konstrukce se vyznačuje jednoduchou strukturou a nízkými náklady, ale má úzký rozsah otáček s oslabením pole, takže je vhodná pro scénáře s nízkými rychlostmi (např. elektrické autobusy).

Vnitřní PMSM (IPMSM): Permanentní magnety jsou zabudovány uvnitř rotoru (v uspořádání ve tvaru V, U nebo radiálně). Využitím reluktančního momentu k podpoře výstupu se výrazně rozšiřuje rozsah otáček při oslabení pole (až na 2–3násobek základní rychlosti) a zvyšuje se odolnost proti demagnetizaci. Tento typ je běžnou volbou pro elektromobily (např. Tesla Model 3, BYD e-platform 3.0).

(Schéma vnitřní struktury motoru)

II. Princip činnosti: Podstata elektromagnetické indukce a generování točivého momentu

Činnost PMSM je založena na Faradayově zákonu elektromagnetické indukce a interakci magnetických pólů. Když je na vinutí statoru aplikován třífázový střídavý proud (AC), generuje se rotující magnetické pole. Permanentní magnety rotoru (nebo vložené magnetické póly) toto rotující pole sledují díky principu „póly se přitahují“, čímž se dosahuje efektivní přeměny elektrické energie na mechanickou energii.

(Strukturální schéma motoru)

III. Technologické výhody a průlomy v průmyslových aplikacích

Ve srovnání s asynchronními motory (IM) vykazují PMSM klíčové výhody:

Vysoká účinnost: Bez ztrát budícího napětí v rotoru (ztráty mědi v rotoru představují 20–30 % ztrát v mědi u IM) dosahují PMSM jmenovité účinnosti 95–97 % (oproti ~85–90 % u IM), což výrazně snižuje spotřebu energie elektromobilu (zlepšuje dojezd o 10–15 %).

Vysoká hustota výkonu: Permanentní magnety zajišťují konstantní propojení magnetického toku vzduchové mezery bez nutnosti budicího proudu, čímž se objem snižuje o 30 % ve srovnání s IM stejného výkonu – ideální pro přísné požadavky elektromobilů na kompaktnost prostoru.

Široký rozsah regulace otáček: Ve spojení s vektorovým řízením (řízení orientované na pole, FOC) poskytují IPMS konstantní točivý moment pod základními otáčkami (0–10 000 ot/min) a konstantní výkon nad základními otáčkami (prostřednictvím zeslabení pole pro rozšíření otáček), což pokrývá všechny provozní scénáře od rozjezdu při nízkých otáčkách až po jízdu při vysokých otáčkách.

V současné době se PMSM široce používají v elektromobilech (např. motor s pohonem zadních kol o výkonu 210 kW od NIO ET7), průmyslových robotech (vysoce přesné servopohony), domácích spotřebičích (kompresory klimatizace s proměnnou frekvencí) a dalších oblastech. Tvoří více než 60 % trhu s NEV a slouží jako klíčová technologická podpora pro cíl „dvojího uhlíku“.

IV. Trendy budoucího vývoje: Spolupráce v oblasti inovací v oblasti materiálů a řízení

Technologické průlomy v oblasti PMSM postupují dvěma klíčovými směry:

​Vylepšení materiálů:​​ Použití materiálů s permanentními magnety ze vzácných zemin s vysokou remanencí a nízkými teplotními koeficienty (např. neodym-železo-bor [NdFeB] N52) v kombinaci s konstrukcemi „segmentovaná magnetická ocel + optimalizace magnetického obvodu“ pro potlačení rizik demagnetizace při vysokých teplotách (řešení degradace výkonu za podmínek nad 150 °C).

Optimalizace řídicího algoritmu: Integrace technologie umělé inteligence s prediktivním řízením modelu (MPC) pro snímání stavu motoru v reálném čase (např. útlum magnetického toku, teplota vinutí) a dynamické úpravy parametrů voltového obvodu (FOC), což dále zlepšuje účinnost a spolehlivost (s cílem dosáhnout účinnosti přesahující 98 %).

(Princip řízení)

Závěr

Strukturální inovace a průlomy v technologii řízení PMSM, které jsou „srdcem pohonu“ elektromobilů, posouvají NEV k delšímu dojezdu, vyššímu výkonu a vyšší inteligenci. V budoucnu, s čištěním materiálů vzácných zemin, adaptací na platformy vysokého napětí 800 V a popularizací řízení pomocí umělé inteligence, budou PMSM i nadále vést trend inovací v pohonných systémech.