従来の電気励起モーターと比較して、永久磁石モーター、特に希土類永久磁石モーターは構造が簡単で動作が信頼性があります。体積が小さく、軽量です。低損失かつ高効率。モーターの形状とサイズは柔軟で多様です。したがって、その応用範囲は極めて広く、航空宇宙、国防、工業・農業生産、日常生活のほぼ全域に及びます。以下に代表的な永久磁石モータの主な特長と用途を紹介します。
1. 希土類永久磁石同期発電機は、従来の発電機に比べ、スリップリングやブラシ装置が不要で、構造が簡単で故障率が低くなります。希土類永久磁石は、エアギャップ磁密度を高め、モーター速度を最適値まで高め、出力対質量比を改善することもできます。希土類永久磁石発電機は、ほとんどすべてが現代の航空および航空宇宙発電機で使用されています。代表的な製品は、米国ゼネラル・エレクトリック社製の150kVA 14極 12,000r/min～21,000r/minおよび100kVA 60,000r/minの希土類コバルト永久磁石同期発電機です。中国で開発された最初の希土類永久磁石モーターは、3 kW 20,000 r/min の永久磁石発電機です。
永久磁石発電機は、大型タービン発電機の補助励磁機としても使用されます。1980年代、中国は容量40kVA～160kVA、200MW～600MWのターボ発電機を搭載した世界最大の希土類永久磁石補助励磁機の開発に成功し、発電所の運転の信頼性を大幅に向上させた。
現在、内燃機関で駆動する小型発電機、車両用永久磁石発電機、風車で直接駆動する小型永久磁石風力発電機が徐々に普及しつつある。
2. 高効率永久磁石同期モータ 誘導モータと比較して、永久磁石同期モータは無効励磁電流を必要としないため、力率が大幅に改善され (最大 1、または容量性)、固定子電流と固定子の抵抗損失が減少します。また、安定した動作中にローターの銅損が発生しないため、ファン (小容量モーターはファンを取り外すこともできます) とそれに伴う風摩擦損失が削減されます。同仕様の誘導電動機と比較して、効率を2～8％向上させることができます。また、永久磁石同期モータは定格負荷25%～120%の範囲で高い効率と力率を維持できるため、軽負荷運転時の省エネ効果がより顕著になります。一般に、この種のモーターにはローターに始動巻線が装備されており、特定の周波数と電圧で直接始動する機能があります。現在、主に油田、繊維・化学繊維産業、窯業・ガラス産業、年間稼働時間が長いファンやポンプなどで使用されています。
我が国が独自に開発した高効率、高起動トルクを備えたNdFeB永久磁石同期モーターは、油田用途における「大きな馬車」の問題を解決できます。起動トルクは誘導電動機に比べて50%～100%大きく、基数の大きい誘導電動機と置き換えることができ、省電力率は約20%です。
繊維産業では負荷慣性モーメントが大きいため、高いトラクショントルクが必要となります。永久磁石同期モータの無負荷漏れ係数、突極比、回転子抵抗、永久磁石のサイズおよび固定子巻線のターン数を合理的に設計することにより、永久磁石モータのトラクション性能を向上させ、新しい繊維および化学繊維産業での応用を促進することができます。
大規模な発電所、鉱山、石油、化学などの産業で使用されるファンやポンプはエネルギーを大量に消費しますが、現在使用されているモーターの効率と力率は低いです。NdFeB永久磁石を使用することで、効率と力率が向上し、省エネになるだけでなく、ブラシレス構造となり動作の信頼性も向上します。現在、1 120kW 永久磁石同期モータは、世界で最も強力な非同期始動高効率希土類永久磁石モータです。効率は96.5%以上（同仕様モータ効率は95%）、力率は0.94で、通常のモータより1～2パワーグレード大きいモータと置き換え可能です。
3. ACサーボ永久磁石モーターとブラシレスDC永久磁石モーターは、可変周波数電源とACモーターを使用して、DCモーター速度制御システムの代わりにAC速度制御システムを形成することが増えています。AC モーターでは、永久磁石同期モーターの速度は、安定動作中に電源の周波数と一定の関係を維持するため、開ループ可変周波数速度制御システムで直接使用できます。この種のモーターは通常、周波数変換器の周波数を徐々に増加させることによって始動します。回転子に始動巻線を設ける必要がなく、ブラシや整流子も省略されているためメンテナンスが容易です。
自己同期永久磁石モータは、周波数コンバータとロータ位置の閉ループ制御システムによって駆動される永久磁石同期モータで構成されており、電気励起DCモータの優れた速度調整性能を備えているだけでなく、ブラシレスも実現しています。主に航空、航空宇宙、CNC工作機械、マシニングセンター、ロボット、電気自動車、コンピュータ周辺機器など、高い制御精度と信頼性が求められる場面で使用されています。
現在、広い速度範囲と Gao Heng パワー速度比を備えた NdFeB 永久磁石同期モータと駆動システムが開発されており、速度比は 1:22,500、限界速度は 9,000 r/min です。永久磁石モータは、高効率、低振動、低騒音、高トルク密度という特性を持ち、電気自動車や工作機械などの駆動機器に最適なモータです。
人々の生活水準の継続的な向上に伴い、家庭用電化製品に対する要求もますます高くなっています。たとえば、家庭用エアコンは電力を大量に消費するだけでなく、騒音の主な発生源でもあります。その開発傾向は、無段階速度調整を備えた永久磁石ブラシレス DC モーターを使用することです。室温の変化に応じて適切な速度に自動的に調整し、長時間運転することができ、騒音や振動を軽減し、より快適に感じられ、速度調整のないエアコンに比べて1/3の電力を節約できます。その他冷蔵庫、洗濯機、集塵機、扇風機なども徐々にブラシレスDCモーターへの切り替えが進んでいます。
4. 永久磁石 DC モーター DC モーターは永久磁石励磁を採用しており、電気励起 DC モーターの良好な速度調整特性と機械的特性を保持するだけでなく、構造と技術が単純で、体積が小さく、銅の消費量が少なく、高品質であるという特徴もあります。励磁巻線、励磁損失を省略しているため、効率等は異なります。したがって、永久磁石 DC モーターは、家庭用電化製品、携帯用電子機器、電動工具から、良好な動的性能を必要とする高精度の速度および位置伝達システムまで、広く使用されています。50W以下のマイクロDCモーターでは永久磁石モーターが92％を占め、10W以下では99％以上を占めます。
現在、中国の自動車産業は急速に発展しており、自動車産業は自動車の主要部品である永久磁石モーターの最大のユーザーとなっています。超高級車には、さまざまな目的を持つ 70 個以上のモーターが搭載されていますが、そのほとんどは低電圧の永久磁石 DC マイクロモーターです。自動車や二輪車のスターターモーターにNdFeB永久磁石や遊星歯車を使用すると、スターターモーターの品質が半減してしまうことがあります。
永久磁石モータの分類
永久磁石にはたくさんの種類があります。モーターは機能によって永久磁石発電機と永久磁石モーターの2つに大別されます。
永久磁石モーターは、永久磁石 DC モーターと永久磁石 AC モーターに分類できます。永久磁石 AC モータは、永久磁石回転子を備えた多相同期モータを指すため、永久磁石同期モータ (PMSM) と呼ばれることがよくあります。
永久磁石 DC モータは、電気スイッチや整流子の有無で分類すると、永久磁石ブラシレス DC モータと永久磁石ブラシレス DC モータ (BLDCM) に分類できます。
現在、世界では現代パワーエレクトロニクスの理論と技術が大きく発展しています。MOSFET、IGBT、MCT などのパワー エレクトロニクス デバイスの出現により、制御デバイスは根本的な変化を遂げました。1971 年に F. Blaceke が AC モータのベクトル制御の原理を提唱して以来、ベクトル制御技術の開発により AC サーボ駆動制御の新時代が始まり、さまざまな高性能マイクロプロセッサが継続的に世に出され、開発がさらに加速しました。 DCサーボ方式ではなくACサーボ方式を採用。DCサーボシステムからAC-Iサーボシステムへの置き換えは必然の流れです。しかし、正弦波逆起電力を持つ永久磁石同期モーター (PMSM) と台形逆起電力を持つブラシレス DC モーター (BLIX~) は、その優れた性能により、高性能 AC サーボ システム開発の主流になることは間違いありません。