เมื่อเปรียบเทียบกับมอเตอร์กระตุ้นไฟฟ้าแบบดั้งเดิม มอเตอร์แม่เหล็กถาวร โดยเฉพาะมอเตอร์แม่เหล็กถาวรที่หายาก มีโครงสร้างที่เรียบง่ายและการทำงานที่เชื่อถือได้ปริมาณน้อยและน้ำหนักเบาการสูญเสียต่ำและประสิทธิภาพสูงรูปร่างและขนาดของมอเตอร์สามารถยืดหยุ่นและหลากหลายได้ดังนั้นช่วงการใช้งานจึงกว้างมาก เกือบทุกด้านของการบินและอวกาศ การป้องกันประเทศ การผลิตทางอุตสาหกรรมและการเกษตร และชีวิตประจำวันคุณสมบัติหลักและการใช้งานของมอเตอร์แม่เหล็กถาวรทั่วไปหลายตัวมีดังต่อไปนี้
1. เมื่อเปรียบเทียบกับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบดั้งเดิม เครื่องกำเนิดไฟฟ้าซิงโครนัสแม่เหล็กถาวรชนิดหายากไม่จำเป็นต้องใช้แหวนสลิปและอุปกรณ์แปรง โดยมีโครงสร้างที่เรียบง่ายและลดอัตราความล้มเหลวแม่เหล็กถาวรของธาตุหายากยังสามารถเพิ่มความหนาแน่นของสนามแม่เหล็กของช่องว่างอากาศ เพิ่มความเร็วของมอเตอร์ให้เป็นค่าที่เหมาะสมที่สุด และปรับปรุงอัตราส่วนกำลังต่อมวลเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแม่เหล็กถาวรที่หายากของโลกเกือบทั้งหมดใช้ในเครื่องกำเนิดไฟฟ้าการบินและอวกาศร่วมสมัยผลิตภัณฑ์ทั่วไปคือ 150 kVA 14 ขั้ว 12,000 รอบ/นาที ~ 21,000 รอบ/นาที และ 100 kVA 60,000 รอบ/นาที เครื่องกำเนิดไฟฟ้าซิงโครนัสแม่เหล็กถาวรโคบอลต์หายากที่ผลิตโดย General Electric Company of Americaมอเตอร์แม่เหล็กถาวรธาตุหายากตัวแรกที่พัฒนาในประเทศจีนคือเครื่องกำเนิดแม่เหล็กถาวรขนาด 3 kW 20,000 รอบ/นาที
เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแม่เหล็กถาวรยังใช้เป็นตัวกระตุ้นเสริมสำหรับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเทอร์โบขนาดใหญ่อีกด้วยในทศวรรษ 1980 จีนประสบความสำเร็จในการพัฒนาเครื่องกระตุ้นแม่เหล็กถาวรชนิดหายากของโลกที่ใหญ่ที่สุดในโลกด้วยความจุ 40 kVA~160 kVA และติดตั้งเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเทอร์โบขนาด 200 MW ~ 600 MW ซึ่งปรับปรุงความน่าเชื่อถือของการทำงานของสถานีไฟฟ้าได้อย่างมาก
ปัจจุบัน เครื่องกำเนิดไฟฟ้าขนาดเล็กที่ขับเคลื่อนด้วยเครื่องยนต์สันดาปภายใน เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแม่เหล็กถาวรสำหรับยานพาหนะ และเครื่องกำเนิดลมแม่เหล็กถาวรขนาดเล็กที่ขับเคลื่อนด้วยล้อลมโดยตรง กำลังได้รับความนิยมมากขึ้นเรื่อยๆ
2. มอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวรประสิทธิภาพสูง เมื่อเทียบกับมอเตอร์เหนี่ยวนำ มอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวรไม่ต้องการกระแสกระตุ้นปฏิกิริยา ซึ่งสามารถปรับปรุงตัวประกอบกำลังได้อย่างมีนัยสำคัญ (สูงถึง 1 หรือแม้แต่ capacitive) ลดกระแสสเตเตอร์และการสูญเสียความต้านทานสเตเตอร์ และไม่มีการสูญเสียทองแดงของโรเตอร์ในระหว่างการทำงานที่มั่นคง จึงช่วยลดพัดลม (มอเตอร์ความจุขนาดเล็กสามารถถอดพัดลมออกได้) และการสูญเสียแรงเสียดทานของลมที่สอดคล้องกันเมื่อเทียบกับมอเตอร์เหนี่ยวนำที่มีสเปคเดียวกัน ประสิทธิภาพจะเพิ่มขึ้นได้ 2 ~ 8 เปอร์เซ็นต์นอกจากนี้ มอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวรสามารถรักษาประสิทธิภาพและตัวประกอบกำลังให้สูงในช่วงโหลดพิกัดที่ 25% ~ 120% ซึ่งทำให้การประหยัดพลังงานโดดเด่นยิ่งขึ้นเมื่อทำงานภายใต้ภาระที่เบาโดยทั่วไป มอเตอร์ประเภทนี้จะมาพร้อมกับขดลวดสตาร์ทบนโรเตอร์ ซึ่งสามารถสตาร์ทได้โดยตรงที่ความถี่และแรงดันไฟฟ้าที่แน่นอนปัจจุบันส่วนใหญ่ใช้ในอุตสาหกรรมน้ำมัน อุตสาหกรรมสิ่งทอและเส้นใยเคมี อุตสาหกรรมเซรามิกและแก้ว พัดลมและปั๊มที่มีระยะเวลาการดำเนินงานยาวนานต่อปี เป็นต้น
มอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวร NdFeB ที่มีประสิทธิภาพสูงและมีแรงบิดเริ่มต้นสูงที่พัฒนาโดยประเทศของเราอย่างอิสระสามารถแก้ปัญหา "รถม้าลากขนาดใหญ่" ในการใช้งานในบ่อน้ำมันได้แรงบิดเริ่มต้นมีขนาดใหญ่กว่ามอเตอร์เหนี่ยวนำ 50% ~ 100% ซึ่งสามารถแทนที่มอเตอร์เหนี่ยวนำด้วยหมายเลขฐานที่ใหญ่กว่า และอัตราการประหยัดพลังงานประมาณ 20%
ในอุตสาหกรรมสิ่งทอ โมเมนต์ความเฉื่อยในการโหลดมีขนาดใหญ่ ซึ่งต้องใช้แรงบิดฉุดสูงการออกแบบที่เหมาะสมของค่าสัมประสิทธิ์การรั่วไหลขณะไม่มีโหลด อัตราส่วนขั้วเด่น ความต้านทานของโรเตอร์ ขนาดแม่เหล็กถาวร และการหมุนของขดลวดสเตเตอร์ของมอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวร สามารถปรับปรุงประสิทธิภาพการยึดเกาะของมอเตอร์แม่เหล็กถาวร และส่งเสริมการใช้งานในอุตสาหกรรมสิ่งทอและเส้นใยเคมีใหม่
พัดลมและปั๊มที่ใช้ในโรงไฟฟ้าขนาดใหญ่ เหมืองแร่ ปิโตรเลียม เคมี และอุตสาหกรรมอื่นๆ ล้วนใช้พลังงานจำนวนมาก แต่ประสิทธิภาพและตัวประกอบกำลังของมอเตอร์ที่ใช้ในปัจจุบันยังต่ำการใช้แม่เหล็กถาวร NdFeB ไม่เพียงแต่ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพและตัวประกอบกำลัง แต่ยังประหยัดพลังงาน แต่ยังมีโครงสร้างแบบไร้แปรงซึ่งช่วยเพิ่มความน่าเชื่อถือในการทำงานปัจจุบัน มอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวรขนาด 120kW จำนวน 1 ตัวเป็นมอเตอร์แม่เหล็กถาวรแบบอะซิงโครนัสที่ทรงพลังที่สุดในโลกที่สตาร์ทประสิทธิภาพสูงประสิทธิภาพสูงกว่า 96.5% (ประสิทธิภาพของมอเตอร์สเปคเดียวกันคือ 95%) และตัวประกอบกำลังคือ 0.94 ซึ่งสามารถแทนที่มอเตอร์ธรรมดาด้วยเกรดกำลัง 1 ~ 2 ที่ใหญ่กว่า
3. มอเตอร์แม่เหล็กถาวรเซอร์โว AC และมอเตอร์แม่เหล็กถาวร DC แบบไร้แปรงถ่านใช้แหล่งจ่ายไฟความถี่ตัวแปรและมอเตอร์ AC มากขึ้นเรื่อย ๆ เพื่อสร้างระบบควบคุมความเร็ว AC แทนระบบควบคุมความเร็วมอเตอร์ DCในมอเตอร์ AC ความเร็วของมอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวรรักษาความสัมพันธ์คงที่กับความถี่ของแหล่งจ่ายไฟในระหว่างการทำงานที่เสถียร เพื่อให้สามารถนำมาใช้โดยตรงในระบบควบคุมความเร็วตัวแปรความถี่แบบวงเปิดมอเตอร์ชนิดนี้มักจะสตาร์ทโดยการเพิ่มความถี่ของตัวแปลงความถี่ทีละน้อยไม่จำเป็นต้องตั้งค่าขดลวดเริ่มต้นบนโรเตอร์ และละเว้นแปรงและตัวสับเปลี่ยน ดังนั้นการบำรุงรักษาจึงสะดวก
มอเตอร์แม่เหล็กถาวรแบบซิงโครนัสในตัวเองประกอบด้วยมอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวรที่ขับเคลื่อนโดยตัวแปลงความถี่และระบบควบคุมวงปิดของตำแหน่งโรเตอร์ ซึ่งไม่เพียงแต่มีประสิทธิภาพในการควบคุมความเร็วที่ยอดเยี่ยมของมอเตอร์กระแสตรงที่กระตุ้นด้วยไฟฟ้าเท่านั้น แต่ยังใช้ระบบไร้แปรงถ่านอีกด้วยส่วนใหญ่จะใช้ในโอกาสที่มีความแม่นยำและความน่าเชื่อถือในการควบคุมสูง เช่น การบิน การบินและอวกาศ เครื่องมือกล CNC ศูนย์เครื่องจักรกล หุ่นยนต์ ยานพาหนะไฟฟ้า อุปกรณ์ต่อพ่วงคอมพิวเตอร์ ฯลฯ
ปัจจุบัน มอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวรและระบบขับเคลื่อน NdFeB ที่มีช่วงความเร็วกว้างและอัตราส่วนความเร็วของ Gao Heng ได้รับการพัฒนา โดยมีอัตราส่วนความเร็ว 1: 22 500 และความเร็วจำกัดที่ 9 000 r/minลักษณะของมอเตอร์แม่เหล็กถาวรประสิทธิภาพสูง การสั่นสะเทือนเล็กน้อย สัญญาณรบกวนต่ำ และแรงบิดสูงเป็นมอเตอร์ที่เหมาะสมที่สุดในยานพาหนะไฟฟ้า เครื่องมือกล และอุปกรณ์ขับเคลื่อนอื่นๆ
ด้วยการปรับปรุงมาตรฐานการครองชีพของผู้คนอย่างต่อเนื่อง ข้อกำหนดสำหรับเครื่องใช้ในครัวเรือนก็เริ่มสูงขึ้นเรื่อยๆตัวอย่างเช่น เครื่องปรับอากาศในครัวเรือนไม่เพียงแต่เป็นผู้บริโภคพลังงานรายใหญ่เท่านั้น แต่ยังเป็นสาเหตุหลักของเสียงรบกวนอีกด้วยแนวโน้มการพัฒนาคือการใช้มอเตอร์กระแสตรงไร้แปรงถ่านแม่เหล็กถาวรพร้อมการควบคุมความเร็วแบบไม่มีขั้นตอนสามารถปรับความเร็วที่เหมาะสมได้โดยอัตโนมัติตามการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิห้องและการทำงานเป็นเวลานาน ลดเสียงรบกวนและแรงสั่นสะเทือน ทำให้ผู้คนรู้สึกสบายตัวมากขึ้น และประหยัดไฟถึง 1/3 เมื่อเทียบกับเครื่องปรับอากาศที่ไม่มีการควบคุมความเร็วตู้เย็น เครื่องซักผ้า เครื่องเก็บฝุ่น พัดลม ฯลฯ อื่นๆ กำลังค่อยๆ เปลี่ยนเป็นมอเตอร์กระแสตรงไร้แปรงถ่าน
4. มอเตอร์ DC แม่เหล็กถาวร มอเตอร์ DC ใช้การกระตุ้นด้วยแม่เหล็กถาวร ซึ่งไม่เพียงแต่รักษาลักษณะการควบคุมความเร็วที่ดีและลักษณะทางกลของมอเตอร์ DC ที่ตื่นเต้นด้วยไฟฟ้า แต่ยังมีลักษณะของโครงสร้างและเทคโนโลยีที่เรียบง่าย ปริมาณขนาดเล็ก การใช้ทองแดงต่ำ สูง ประสิทธิภาพ ฯลฯ เนื่องจากไม่มีการขดลวดกระตุ้นและการสูญเสียการกระตุ้นดังนั้น มอเตอร์กระแสตรงแม่เหล็กถาวรจึงถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายตั้งแต่เครื่องใช้ในครัวเรือน อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แบบพกพา เครื่องมือไฟฟ้า ไปจนถึงความเร็วที่แม่นยำและระบบส่งตำแหน่งที่ต้องการประสิทธิภาพไดนามิกที่ดีในบรรดามอเตอร์ไมโคร DC ที่มีกำลังไฟต่ำกว่า 50W มอเตอร์แม่เหล็กถาวรมีสัดส่วน 92% ในขณะที่มอเตอร์ที่มีกำลังไฟต่ำกว่า 10 W มีสัดส่วนมากกว่า 99%
ปัจจุบัน อุตสาหกรรมยานยนต์ของจีนกำลังพัฒนาอย่างรวดเร็ว และอุตสาหกรรมรถยนต์เป็นผู้ใช้มอเตอร์แม่เหล็กถาวรซึ่งเป็นส่วนประกอบสำคัญของรถยนต์รายใหญ่ที่สุดในรถยนต์ระดับอัลตร้าลักซ์ชัวรี มีมอเตอร์มากกว่า 70 ตัวที่มีวัตถุประสงค์ที่แตกต่างกัน ซึ่งส่วนใหญ่เป็นไมโครมอเตอร์กระแสตรงแม่เหล็กถาวรแรงดันต่ำเมื่อใช้แม่เหล็กถาวร NdFeB และเกียร์ดาวเคราะห์ในมอเตอร์สตาร์ทสำหรับรถยนต์และรถจักรยานยนต์ คุณภาพของมอเตอร์สตาร์ทจะลดลงครึ่งหนึ่ง
การจำแนกประเภทของมอเตอร์แม่เหล็กถาวร
แม่เหล็กถาวรมีหลายประเภทตามหน้าที่ของมอเตอร์ สามารถแบ่งคร่าวๆ ได้เป็น 2 ประเภทคือ เครื่องกำเนิดแม่เหล็กถาวร และมอเตอร์แม่เหล็กถาวร
มอเตอร์แม่เหล็กถาวรสามารถแบ่งออกเป็นมอเตอร์ DC แม่เหล็กถาวรและมอเตอร์ AC แม่เหล็กถาวรมอเตอร์ AC แม่เหล็กถาวรหมายถึงมอเตอร์ซิงโครนัสหลายเฟสที่มีโรเตอร์แม่เหล็กถาวร ดังนั้นจึงมักเรียกว่ามอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวร (PMSM)
มอเตอร์กระแสตรงแม่เหล็กถาวรสามารถแบ่งออกเป็นมอเตอร์แม่เหล็กถาวรไร้แปรงถ่านและมอเตอร์แม่เหล็กถาวรไร้แปรงถ่าน (BLDCM) หากจำแนกตามว่ามีสวิตช์ไฟฟ้าหรือสับเปลี่ยน
ในปัจจุบัน ทฤษฎีและเทคโนโลยีของอิเล็กทรอนิกส์กำลังสมัยใหม่กำลังพัฒนาอย่างมากในโลกด้วยการถือกำเนิดของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลัง เช่น MOSFET, IGBT และ MCT อุปกรณ์ควบคุมได้รับการเปลี่ยนแปลงขั้นพื้นฐานนับตั้งแต่ F. Blaceke หยิบยกหลักการของการควบคุมเวกเตอร์ของมอเตอร์ AC ในปี 1971 การพัฒนาเทคโนโลยีการควบคุมเวกเตอร์ได้เริ่มต้นยุคใหม่ของการควบคุมเซอร์โวไดรฟ์ AC และไมโครโปรเซสเซอร์ประสิทธิภาพสูงต่างๆ ได้ถูกผลักดันออกมาอย่างต่อเนื่อง ซึ่งช่วยเร่งการพัฒนาให้เร็วขึ้นอีก ของระบบเซอร์โว AC แทนระบบเซอร์โว DCเป็นแนวโน้มที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ที่ระบบเซอร์โว AC-I มาแทนที่ระบบเซอร์โว DCอย่างไรก็ตาม มอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวร (PMSM) ที่มีแรงเคลื่อนไฟฟ้าด้านหลังแบบไซน์และมอเตอร์กระแสตรงไร้แปรงถ่าน (BLIX~) ที่มีแรงเคลื่อนไฟฟ้าด้านหลังรูปสี่เหลี่ยมคางหมูจะกลายเป็นกระแสหลักในการพัฒนาระบบเซอร์โว AC ประสิทธิภาพสูงอย่างแน่นอนเนื่องจากประสิทธิภาพที่ยอดเยี่ยม