Wie funktioniert ein Permanentmagnet für einen Servomotor?

Permanentmagnet für Servomotor werden in vielen Bewegungssteuerungsanwendungen eingesetzt, da sie ein hervorragendes Verhältnis von Drehmoment/Größe und Leistung/Größe bieten. Sie bieten außerdem eine geringe Trägheit, was die Reaktionszeit des Systems erheblich verkürzen und die Bewegungsstabilität verbessern kann. Darüber hinaus benötigen sie keine Feldspulen und erzeugen keine Gegen-EMK-Spannung. Diese Vorteile machen diese Servomotoren sehr energieeffizient. Allerdings gibt es, wie bei jedem Motor, einige Dinge, die Sie bei der Verwendung beachten sollten. Ein wichtiger Faktor ist die Temperatur des Motors, die einen erheblichen Einfluss auf die Leistung der Permanentmagnete haben kann. Wenn die Temperatur der Magnete einen bestimmten Grenzwert überschreitet, verlieren sie ihre Magnetkraft. Dies kann dazu führen, dass die Kupferdrahtwicklungen im Rotor brechen und teure Reparaturkosten entstehen. Ein weiteres potenzielles Problem besteht darin, dass die Magnete entmagnetisiert werden können, wenn sie über einen längeren Zeitraum Feuchtigkeit oder chemischen Lösungsmitteln ausgesetzt sind. Dies kann zum Stillstand des Rotors und zu Schäden an der Ausrüstung führen.

Die grundlegende Funktionstheorie eines Permanentmagnetmotors basiert auf dem Prinzip, dass sich gleiche Pole abstoßen und entgegengesetzte anziehen. Aus diesem Grund benötigt ein Permanentmagnetmotor keine externe Feldspule und verwendet stattdessen einen stationären Elektromagneten, der den Rotor umgibt. Dieser Elektromagnet besteht aus miteinander verbundenen Stahlplatten, sogenannten Laminierungen, und verfügt über „Zähne“, um die ein Kupferdraht gewickelt werden kann.

Bei einem PM-Motor fließt der elektrische Strom von der Stromversorgung über die Statorspulen und die Ankerwicklungen zum Rotor. Die Ankerwicklungen sind so konfiguriert, dass der Nordpol und der Südpol jedes Magneten abwechselnd zum Anker zeigen. Diese Konfiguration erzeugt ein Magnetfeld, das mit den Statormagneten interagieren kann, um ein Reluktanzdrehmoment und eine Rückmeldung der Wellenposition zu erzeugen.

Abhängig vom Einspritzwinkel kann der Motor sowohl magnetische als auch Reluktanzdrehmomente erzeugen. Das magnetische Drehmoment wird maximiert, wenn das Statorfeld den Rotor im Winkel von 90 elektrischen Grad zur Hauptflussachse (d-Achse) erregt, während das Reluktanzdrehmoment 45 elektrische Grad hinter der q-Achse maximiert wird.

Damit ein Permanentmagnetmotor seine maximale Drehmoment-Drehzahl-Fähigkeit erreichen kann, muss er mit einem präzisen Bewegungsverstärker/Servo ausgestattet sein. Dieses aufeinander abgestimmte Set wird in der Regel vom Hersteller fein abgestimmt, um eine optimale Leistung zu erzielen. Dieser Prozess umfasst eine Reihe elektromagnetischer Schaltkreismodelle und Parameteroptimierungen, um das Design zu finden, das den technischen Spezifikationen des Motors am besten entspricht. Diese Konstruktionen werden dann in einem Simulator oder einer FEA getestet, um sicherzustellen, dass sie den angegebenen Drehmoment-Drehzahl-Eigenschaften und der Leistung entsprechen. In dieser Phase ist es entscheidend sicherzustellen, dass das Design die erforderlichen mechanischen und thermischen Parameter erfüllt. Eine fehlerhafte Konstruktion kann diese Parameter beeinträchtigen und zu Problemen mit der Leistung des Motors führen.