Motors d'accionament Pumbaa PMSM de 160 kW per a vehicles elèctrics PML160

1. Motor de cable pla
• La forma de bobinatge del motor passa gradualment de filferro rodó a filferro pla, amb una alta taxa d'ompliment de ranures, extrems curts, alta densitat de potència i forta capacitat de dissipació de calor

2. Disseny d'aïllament d'alta tensió
• El motor adopta nous materials i processos aïllants per satisfer els requisits d'alta freqüència de commutació dels controladors SiC per a motors cada cop més ràpids.

3. Rodaments aïllats d'alta velocitat i alta resistència
• El disseny del motor utilitza coixinets aïllats, que poden complir els requisits de disseny de 24000 RPM/min; i pot inhibir eficaçment la generació de corrosió elèctrica dels coixinets

4. Motor refrigerat per oli
• El motor adopta una estructura refrigerada per oli d'alta velocitat, que redueix eficaçment la potència nominal després de reduir el volum, cosa que no només millora l'eficiència, sinó que també millora la vida útil del sistema

5. Excel·lent rendiment NVH
• El rotor del motor adopta una estructura de pols inclinats segmentats, que optimitza eficaçment el NVH del sistema motor

En el context de l'estratègia global "Dual Carbon" (Carbon Peak i Carbon Neutrality) i el ràpid desenvolupament de la indústria dels vehicles elèctrics (VE), el motor síncron d'imants permanents (PMSM), caracteritzat per una alta eficiència, compacitat i alta densitat de potència, s'ha convertit en un component bàsic dels sistemes d'accionament dels vehicles de nova energia (NEV). Aquest article analitzarà en profunditat el valor fonamental i les direccions innovadores dels PMSM des de la perspectiva dels principis estructurals, les característiques electromagnètiques i les aplicacions tecnològiques.

I. Estructura bàsica del PMSM: disseny col·laboratiu del rotor i l'estator

El nucli d'un PMSM consisteix en un estator (part estacionària) i un rotor (part giratòria). El seu disseny col·laboratiu determina directament el rendiment del motor.

Estructura de l'estator
De manera similar als motors asíncrons tradicionals, l'estator comprèn un nucli de ferro i debanaments trifàsics. El nucli de ferro es fabrica laminant làmines d'acer al silici per reduir les pèrdues per corrents de Foucault. Els debanaments utilitzen debanaments distribuïts (tres fases U/V/W), amb el nombre de voltes i l'àrea de la secció transversal optimitzats en funció dels requisits de potència per millorar l'eficiència de la conversió d'energia elèctrica. Els dissenys d'obertura de ranures (per exemple, ranures en forma de pera, ranures de fons rodó) al nucli de ferro de l'estator redueixen l'ondulació del parell de cogging, millorant la suavitat de funcionament.

Estructura del rotor
Les diferències de rendiment en els PMSM provenen principalment dels tipus de rotor, amb dues categories principals:

PMSM de muntatge superficial (SPMSM): els imants permanents s'uneixen a la superfície del rotor, coberts per una funda protectora (per exemple, fibra de carboni). Aquest disseny presenta una estructura senzilla i de baix cost, però té un rang de velocitat de debilitament de camp estret, cosa que el fa adequat per a escenaris de baixa velocitat (per exemple, autobusos elèctrics).

​PMSM interior (IPMSM):​​ Els imants permanents estan integrats dins del rotor (en forma de V, U o radial). En aprofitar el parell de reluctància per ajudar a la sortida, s'amplia significativament el rang de velocitat de debilitament del camp (fins a 2-3 vegades la velocitat base) i es millora la resistència a la desmagnetització. Aquest tipus és l'opció principal per a vehicles elèctrics (per exemple, Tesla Model 3, BYD e-platform 3.0).

(Diagrama de l'estructura interna del motor)

II. Principi de funcionament: l'essència de la inducció electromagnètica i la generació de parell

El funcionament d'un PMSM es basa en la llei de la inducció electromagnètica de Faraday i la interacció dels pols magnètics. Quan s'aplica corrent altern trifàsic (CA) als debanaments de l'estator, es genera un camp magnètic giratori. Els imants permanents del rotor (o pols magnètics integrats) segueixen aquest camp giratori a causa del principi de "pols oposats que s'atrauen", aconseguint una conversió eficient de l'energia elèctrica en energia mecànica.

(Diagrama d'estructura del motor)

III. Avantatges tecnològics i avenços en les aplicacions industrials

En comparació amb els motors d'inducció (IM), els PMSM presenten avantatges principals:

Alta eficiència: Sense pèrdues d'excitació al rotor (les pèrdues de coure al rotor representen entre el 20% i el 30% dels IM), els PMSM aconsegueixen eficiències nominals del 95% al ​​97% (enfront del ~85% al ​​90% dels IM), cosa que redueix significativament el consum d'energia dels vehicles elèctrics (millora l'autonomia de conducció entre un 10% i un 15%).

Alta densitat de potència: els imants permanents proporcionen un enllaç de flux d'entreferro constant sense necessitat de corrent d'excitació, cosa que redueix el volum en un 30% en comparació amb els imants permanents de la mateixa potència, ideal per a l'estricta demanda de compacitat espacial dels vehicles elèctrics.

Ampli rang de regulació de velocitat: juntament amb el control vectorial (control orientat al camp, FOC), els IPMSM ofereixen una sortida de parell constant per sota de la velocitat base (0–10.000 rpm) i una sortida de potència constant per sobre de la velocitat base (mitjançant debilitament de camp per a l'expansió de la velocitat), cobrint tots els escenaris operatius, des de l'arrencada a baixa velocitat fins a la velocitat de creuer a alta velocitat.

Actualment, els PMSM s'utilitzen àmpliament en vehicles elèctrics (per exemple, el motor de tracció posterior de 210 kW del NIO ET7), robots industrials (servomotors d'alta precisió), electrodomèstics (compressors d'aire condicionat de freqüència variable) i altres camps. Representen més del 60% del mercat dels vehicles elèctrics neumàtics (NEV), i serveixen com a suport tecnològic crític per a l'objectiu del "Dual Carbon".

IV. Tendències de desenvolupament futur: innovació col·laborativa en materials i control

Els avenços tecnològics en les PMSM avancen en dues direccions clau:

Millores de materials: Adopció de materials magnètics permanents de terres rares amb alta remanència i baixos coeficients de temperatura (per exemple, neodimi ferro bor [NdFeB] N52), combinats amb dissenys d'"optimització de circuits magnètics + acer magnètic segmentat", per suprimir els riscos de desmagnetització a altes temperatures (abordant la degradació del rendiment en condicions superiors a 150 °C).

Optimització d'algoritmes de control: integració de la tecnologia d'IA amb el control predictiu de models (MPC) per detectar en temps real l'estat del motor (per exemple, atenuació de l'enllaç de flux, temperatura del bobinatge) i ajustar dinàmicament els paràmetres del FOC, millorant encara més l'eficiència i la fiabilitat (amb l'objectiu d'eficiències superiors al 98%).

(Principi de control)

Conclusió

Com a "cor de potència" dels vehicles elèctrics, les innovacions estructurals i els avenços en la tecnologia de control PMSM estan impulsant els NEV cap a una major autonomia, una major potència i una intel·ligència superior. En el futur, amb la purificació de materials de terres rares, l'adaptació a plataformes d'alt voltatge de 800 V i la popularització del control d'IA, els PMSM continuaran liderant la tendència d'innovació en els sistemes d'accionament.