Een permanentmagneetmotor (PM-motor) is een wisselstroommotor die gebruikmaakt van magneten die in de rotor zijn ingebed of eraan zijn bevestigd. Elektrische voertuigen gebruiken permanentmagneet-synchrone motoren met een hoge koppeldichtheid en een hoog rendement.

De gebruikte magneten zijn neodymium-ijzer-boriummagneten, ook wel supermagneten genoemd. De naam komt van het zeer geconcentreerde magnetische veld per vierkante centimeter, wat ze erg aantrekkelijk maakt vanwege hun kleine formaat, maar hun hoge magnetische velddichtheid is goed voor de sterkte en efficiëntie.

Gezien de kenmerken van permanentmagneetmotoren en de hoge magnetische velddichtheid is de ontworpen motorgrootte een derde van die van motoren met dezelfde prestaties. Bovendien houdt het hoge rendement het elektriciteitsverbruik van elektrische voertuigen tot een minimum beperkt, en last but not least wordt de magnetische levensduur van de supermagneet geschat op ongeveer 400 jaar, waardoor de efficiëntie en betrouwbaarheid ervan in de loop van de tijd worden gegarandeerd.

Permanente magneetmotoren (ook bekend als PM's) kunnen worden onderverdeeld in twee hoofdcategorieën: interne permanente magneten (IPM) en permanente oppervlaktemagneten (SPM), beide typen genereren magnetische flux via permanente magneten die aan of in de rotor zijn bevestigd.

De permanente oppervlaktemagneet is een motor met permanente magneten die aan de omtrek van de rotor zijn bevestigd, en de interne permanente magneet is een motor met permanente magneten ingebed in de rotor, genaamd IPM.

Decennia lang hebben permanente magneetmotoren aan het oppervlak de markt voor permanente magneetmotoren gedomineerd, maar de afgelopen jaren hebben de opkomende markten voor hybride en elektrische voertuigen de vraag naar permanente magneetmotoren voor het interieur een impuls gegeven.

Met voordelen zoals een constant vermogen over een breed snelheidsbereik en een magneetvasthoudontwerp, bieden interne permanentmagneetmotoren een goede oplossing voor toepassingen zoals tractie- en hulpmotoren.

In voertuigtoepassingen heeft ingebedde permanente magneettechnologie grote voordelen ten opzichte van permanente magneetmotoren aan het oppervlak. Het ingebedde permanente magneetontwerp maakt meer controle over de magnetisatie van het magnetische circuit mogelijk.

Interne permanente magneetmotoren bieden daarentegen een breder bereik van min of meer consistent koppel. Met behulp van een techniek die veldverzwakking wordt genoemd, kunnen ontwerpers stroom toepassen om de prestaties te veranderen. Veldverzwakking houdt in dat het magnetische veld van de stator wordt aangepast om het effect van de permanente magneet gedeeltelijk tegen te gaan.

———–Oppervlaktemagneetmotoren———–

Permanente magneetmotoren aan het oppervlak hebben magneten die aan de buitenkant van het rotoroppervlak zijn bevestigd en hun mechanische sterkte is zwakker dan die van ingebedde permanente magneetmotoren. De verzwakte mechanische sterkte beperkt de maximale veilige mechanische snelheid van de motor.

Bovendien zijn de magnetische convexiteit (Ld≈Lq) van deze motoren en de inductantiewaarden gemeten aan de rotoraansluitingen consistent, ongeacht de rotorpositie. Vanwege de nauwe magnetische kroonverhouding zijn motorontwerpen met permanente magneetmotoren sterk afhankelijk van magnetische koppelcomponenten om koppel te genereren.

———–Interne permanente magneetmotoren———–

Interne permanente magneetmotoren hebben permanente magneten ingebed in de rotor. In tegenstelling tot permanente magneetmotoren aan het oppervlak, maakt de locatie van de permanente magneten de interne permanente magneetmotor mechanisch goed en geschikt voor hoge snelheden.

Deze motoren worden ook gekenmerkt door hun relatief hoge magnetische kroonverhouding (Lq>Ld). Vanwege de duidelijke magnetische convexiteit kan de interne permanente magneetmotor koppel genereren door gebruik te maken van de magnetische koppel- en reluctantiekoppelcomponenten van de motor, waardoor deze geschikt is voor verschillende elektrische voertuigen.

Conclusie

Voor hogesnelheidstoepassingen zoals tractiemotoren zijn motoren met interne permanente magneten de beste keuze . Deze motoren gebruiken minder magneetmateriaal en genereren koppel door de schijnbare kroonverhouding van de rotor. Naast magnetisch koppel wordt ook reluctantiekoppel gebruikt om een ​​hoog koppel te bereiken. De rotatie van een hogesnelheidsmotor kan worden gereguleerd door middel van vectorbesturing van beide soorten koppel.

Gecombineerd met een betere controle over de magnetisatie van het magnetische circuit door de stroom te regelen, is een efficiënte werking over een breed snelheidsbereik mogelijk. De mechanische veiligheid is verbeterd omdat de magneet, in tegenstelling tot een SPM, niet losraakt door middelpuntvliedende kracht. Vergeleken met traditionele motoren kan de interne permanente magneetmotor bij hetzelfde vermogen 30% energieverbruik besparen.