Vantagens e desafios da selecção dos motores de ímã permanente

A demanda por motores de alto desempenho e eficiência energética continua a crescer em aplicações industriais e de transporte modernas.Os motores de ímã permanente (PMM) estabeleceram uma posição dominante em numerosas aplicações devido ao seu desempenho excepcional a baixas velocidades, alta eficiência e estrutura compacta.Os MMP não estão isentos de limitações, as suas características inerentes apresentam vários desafios que exigem uma análise cuidadosa e compensações nas aplicações práticas.Este relatório fornece uma perspectiva abrangente de peritos sobre as vantagens e limitações dos PMM, oferecendo orientações para engenheiros e tomadores de decisão na selecção e aplicação de motores.

Os motores de ímãs permanentes utilizam ímãs permanentes para gerar campos magnéticos.PMMs não exigem nenhuma corrente de excitação adicional para manter seu campo magnéticoO motor é constituído principalmente por um estator e um rotor, com ímãs permanentes montados no rotor e enrolamentos de armadura enrolados no estator.Quando a corrente flui através dos enrolamentos do estator, o campo eletromagnético resultante interage com o campo de ímã permanente para produzir binário que impulsiona a rotação do motor.

Com base nas configurações de montagem de ímãs, os PMM podem ser categorizados em vários tipos principais:

• PMM montado em superfície (SPM):Este design simples e econômico enfrenta limitações em aplicações de alta velocidade devido às forças centrífugas que afetam os ímãs.
• PMM interior (IPM):Os ímãs são incorporados no rotor, oferecendo melhor resistência mecânica e maior capacidade de velocidade.Os IPM podem utilizar o binário de relutância através de um projeto de circuito magnético otimizado para melhorar a densidade de potência e a eficiência.
• PMM de enrolamento concentrado:Possui enrolamentos de estator concentrados em torno de dentes individuais, reduzindo a resistência de enrolamento e a indutividade para melhorar a eficiência e a densidade de potência.
• PMM de fluxo radial:O tipo mais comum com campos magnéticos perpendiculares ao eixo do eixo, amplamente utilizado em aplicações industriais e de transporte.
• PMM de fluxo axial:Dispõe de campos magnéticos paralelos ao eixo do eixo, oferecendo projetos compactos ideais para aplicações de espaço limitado.

Os principais componentes dos PMM incluem:

• Magnetos permanentes:Componente central que fornece campos magnéticos estáveis, tipicamente feito de materiais de neodímio-ferro-boro (NdFeB), samário-cobalto (SmCo) ou ferrita.
• Arranjos de enrolamento do estator:Enrolamentos de cobre ou alumínio que geram binário eletromagnético.
• Com um diâmetro superior a 50 mmLaminagens de aço de silício que completam o circuito magnético.
• Acessórios:Apoiar o rotor para uma operação suave.
• Habitação:Protege os componentes internos e proporciona dissipação térmica.

• Alta eficiência:A eliminação da corrente de excitação reduz significativamente as perdas de energia, particularmente vantajosa em condições de carga parcial.
• Alta densidade de potência:Oferece potência substancial em fatores de forma compactos, ideal para veículos elétricos e robótica.
• Excelente desempenho a baixa velocidade:Fornece binário estável a baixas velocidades, adequado para servos e turbinas eólicas.
• Resposta rápida:A baixa inércia permite um desempenho dinâmico rápido para máquinas robóticas e CNC.
• Estrutura compacta:A eliminação dos enrolamentos de excitação e dos anéis de deslizamento reduz o tamanho e o peso.
• Baixo ruído:O controle de corrente de onda senoidal e o projeto mecânico otimizado minimizam o ruído operacional.

• Limitações de velocidade:O campo electromagnético de retorno a altas velocidades aproxima-se da tensão de alimentação do inversor, limitando a eficácia do controle de corrente.
• Restrições de enfraquecimento do campo:Os motores IPM que usam técnicas de enfraquecimento de campo enfrentam limites práticos de faixa de velocidade (ratio de ~ 4: 1) e maiores perdas.
• Gestão de falhas:O campo electromagnético traseiro inerente pode causar fluxo de corrente persistente durante falhas, criando riscos de segurança.
• Sensibilidade à temperatura:As altas temperaturas podem causar desmagnetismo (exceto em ímãs de cobalto de terras raras).
• Resistência mecânica:A operação em alta velocidade corre o risco de descolamento do ímã devido a forças centrífugas.
• Manutenção e reciclagem:Requisitos complexos de desmontagem e processos de reciclagem especializados.
• Custo mais elevado:Os materiais de ímã permanente aumentam os custos de fabricação em comparação com os motores tradicionais.

As considerações essenciais incluem a gama de velocidades, os requisitos de binário/potência, os objetivos de eficiência, as condições ambientais, as restrições de tamanho, o orçamento, as necessidades de fiabilidade, a metodologia de controlo,e requisitos de protecção.

Escolha entre SPM (baixa velocidade, sensível aos custos), IPM (alta velocidade, densidade de energia), enrolamento concentrado (alta eficiência) ou fluxo axial (confinado no espaço) com base nas prioridades da aplicação.

Selecionar NdFeB para desempenho máximo (tolerância à temperatura limitada), SmCo para aplicações a altas temperaturas ou ferrita para utilizações sensíveis aos custos.

Técnicas avançadas incluem otimização de circuito magnético, redução de torque de engate, melhorias no design de enrolamento e melhorias no gerenciamento térmico.

As opções incluem Controle Orientado a Campo (alta precisão), Controle Direto de Torque (resposta rápida) ou controle sem sensores (economia de custos/espaço).

Implementar sistemas de proteção contra sobrecorrência, sobrevoltagem, sobre temperatura, curto-circuito e paragem.

Projeto para a viabilidade e a recuperação de materiais em fim de vida útil durante a seleção inicial.

• Veículos elétricos:Componentes de propulsão centrais com elevada eficiência e densidade de potência.
• Automatização industrial:Servosistemas, robótica e máquinas CNC que exigem precisão e fiabilidade.
• Aeronáutica:Sistemas de aeronaves e drones que necessitam de soluções leves e de alto desempenho.
• Eletrodomésticos:Eficiência energética, operação silenciosa para HVAC e produtos de limpeza.
• Energia renovável:Geradores eólicos e hidroeléctricos que requerem uma conversão de energia durável e eficiente.

Os motores de ímã permanente representam uma solução de alto desempenho com ampla aplicabilidade em todas as indústrias.A implementação bem-sucedida exige uma compreensão completa das suas capacidades e limitações, juntamente com uma avaliação cuidadosa específica da aplicação.Os engenheiros podem aproveitar plenamente as vantagens da PMM, ao mesmo tempo em que mitigam os riscos potenciais.