Pohonné motory Pumbaa 350KW PMSM pro elektromobily PML350

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

Synchronní motor s permanentními magnety (PMSM) je motor s permanentními magnety, který se široce používá v elektrických vozidlech (EV). Díky o 15 % vyšší účinnosti než indukční motory (IM) a nejvyšší hustotě výkonu mezi trakčními motory se stal základním kamenem moderních pohonných systémů elektromobilů.

1. Co je synchronní motor s permanentními magnety (PMSM)?

Jako typ střídavého synchronního motoru generuje PMSM své magnetické pole pomocí permanentních magnetů, které vytvářejí sinusové protielektromotorické síly. I když sdílí strukturu statoru a rotoru s indukčními motory, rotor PMSM používá k generování magnetického pole permanentní magnety (PM) místo budicích vinutí – což mu vyneslo alternativní název „třífázový bezkartáčový sinusový motor s permanentními magnety“.
Ve srovnání s tradičními motory vynikají PMSM v účinnosti, bezkartáčové konstrukci, vysokých otáčkách, bezpečnosti a dynamickém výkonu. Poskytují plynulý točivý moment s nízkou hlučností, což je činí ideálními pro vysokorychlostní aplikace, jako je robotika. Jako třífázové synchronní motory na střídavý proud pracují synchronizovaně s externími zdroji střídavého proudu.

PMSM nemají rotorová vinutí; místo toho permanentní magnety přímo generují rotující magnetické pole. To eliminuje potřebu stejnosměrného buzení, zjednodušuje jejich strukturu a snižuje náklady. Jejich základní komponenty zahrnují stator (s třífázovým vinutím) a rotor (s PM). Napájení statoru třífázovým střídavým proudem zahájí provoz.

Provoz PMSM je podobný provozu synchronních motorů: spoléhá na rotující magnetické pole (RMF) k indukci elektromotorické síly se synchronní rychlostí. Když je na vinutí statoru aplikován třífázový střídavý proud, vytvoří se ve vzduchové mezeře RMF. Jak se PM rotoru otáčí synchronně s tímto RMF, generuje se točivý moment. Je třeba poznamenat, že PMSM nejsou samorozběhové a pro provoz vyžadují zdroj napájení s proměnnou frekvencí.

2. Struktura motorů s PMSM

Stator: Podobně jako u konvenčních střídavých asynchronních motorů je stator PMSM napájen prostřednictvím svých vinutí. Tato vinutí jsou obvykle rozložena do několika drážek v téměř sinusovém vzoru, čímž se vytváří sinusový tvar vlny zpětné elektromotorické síly (EMF).

Rotor: Konstrukce rotoru odlišuje PMSM od základních synchronních motorů. Místo budicích vinutí používá rotor k vytvoření magnetických pólů permanentní magnety. Mezi běžné materiály PM patří samarium-kobalt a neodym-železo-bor (NdFeB) pro jejich vysokou permeabilitu a cenovou efektivitu. PMSM se kategorizují podle umístění PM:

·Povrchově montované PMSM (SPM): PM jsou spojeny s povrchem rotoru.

·Vnitřní PMSM (IPM): PM jsou zabudovány uvnitř rotoru. Konstrukce IPM nabízí výrazně vyšší účinnost.

(PMSM)

3. Principy řízení PMSM

Pohony PMSM využívají klasickou technologii vektorového řízení, která umožňuje řízení otáček v uzavřené smyčce pro přesnou regulaci. Systém s uzavřenou smyčkou využívá zpětnou vazbu otáček ke sledování polohy rotoru v reálném čase a podporuje plynulou regulaci otáček – včetně plného točivého momentu při nulových otáčkách.

Na hřídeli rotoru je namontován snímač polohy (např. enkodér nebo resolver) pro detekci polohy rotoru. Pohon vypočítává polohu rotoru pomocí parametrů motoru a měření proudu (zpracovaných vysokorychlostním digitálním signálovým procesorem, DSP). Během každého vzorkovacího intervalu je třífázový střídavý systém převeden na rotující dvousouřadnicový systém, kde jsou proudy pro nezávislé řízení rozloženy na přímou (d) a kvadraturní (q) složku.

Na základě strategií vektorového řízení generuje měnič referenční dq složky proudu sladěné s cílovým momentem. Tyto reference se poté používají k vytváření signálů pro řízení hradla pro měnič. Klíčovou výhodou je jeho rychlá dynamická odezva: vazebné efekty mezi momentem a tokem jsou řízeny pomocí oddělovacího řízení (orientace statorového toku), což umožňuje nezávislou regulaci točivého momentu a toku. Tato vysoká výpočetní složitost však vyžaduje, aby měnič používal rychlý procesor nebo DSP.

4. Výhody a nevýhody PMSM

Výhody:

·Silná přetížitelnost; hustota výkonu daleko převyšuje hustotu asynchronních motorů.

· Vyšší účinnost (o 15 % lepší než u IM) a menší rozměry (o 1/3 objemu oproti konvenčním motorům), což zjednodušuje instalaci a údržbu.

· Poskytuje plný točivý moment při nízkých otáčkách.

· Zanedbatelné ztráty v mědi rotoru (žádné buzení pole statorovým proudem), což snižuje tvorbu tepla a prodlužuje životnost.

·Bezkartáčová konstrukce eliminuje mechanické komutátory, minimalizuje tření, opotřebení a náklady na údržbu a zároveň zabraňuje riziku jisker v náročných podmínkách.

·Vysoký účiník zlepšuje účinnost celého systému a snižuje napětí v síti/úbytky napětí.

· Plynulý točivý moment s vynikající dynamickou výkonností.

Nevýhody:

· Vyšší náklady ve srovnání s indukčními motory.

·Není samočinný; pro spuštění vyžaduje napájecí zdroje s proměnnou frekvencí.

·Pro řízení statorových proudů jsou zapotřebí komplexní řídicí systémy.

(Motor v provozu)

Závěr

Synchronní motor s permanentními magnety (PMSM) se stal klíčovou technologií v systémech pohonu elektromobilů, a to díky své bezkonkurenční účinnosti, vysoké hustotě výkonu a vynikajícímu dynamickému výkonu. Eliminací budicích vinutí a kartáčů pomocí buzení permanentními magnety PMSM snižují ztráty a zvyšují spolehlivost. Technologie vektorového řízení zároveň umožňuje nezávislou regulaci točivého momentu a magnetického toku a poskytuje klíčové vlastnosti, jako je plný točivý moment při nulových otáčkách a rychlá odezva.

Přestože PMSM čelí výzvám – vyšším nákladům, požadavkům na neautomatické startování a složitým řídicím systémům – jejich dominance v elektromobilech zůstává neotřesitelná. Jejich účinnost (o 15 % lepší než u IM), kompaktní rozměry (o třetinu objemu oproti tradičním motorům) a udržení točivého momentu při nízkých otáčkách je činí nepostradatelnými pro elektromobily s dlouhým dojezdem a vysokým výkonem.

S pokrokem v oblasti materiálů vzácných zemin (např. NdFeB N52), řídicích algoritmů řízených umělou inteligencí (např. prediktivní řízení modelů) a platform s vysokým napětím 800 V se stanou běžnou součástí vývoje PMSM – optimalizace nákladů, výkonu a udržitelnosti. Do budoucna PMSM upevní svou roli „srdce pohonu“ elektromobilů, budou pohánět inovace v odvětví a podporovat cíle globální uhlíkové neutrality.