Moteur synchrone à aimants avec contrôle de la magnétisation en fonctionnement

• Forschungsstelle: BFE
• Projektnummer: SI/501256
• Projekttitel Englisch: Brushless permanent-magnet motor with magnetization and demagnetization of magnets during operation

Schlüsselwörter (Englisch)

Memory motors, magnetization, energy saving

Kurzbeschreibung (Englisch)

The new synchronous machines that magnetize and demagnetize their magnets during operation, via short pulses of current, make it possible to envisage improving energy efficiency and expanding the operating range of the torque-speed characteristic. The special properties of these machines offer interesting perspectives on different topologies of motors and generators.

Kurzbeschreibung (Französisch)

Les nouvelles machines synchrones avec contrôle du niveau de magnétisation des aimants, en fonctionnement, par de brèves impulsions de courant, permettent d’envisager une amélioration de l’efficacité énergétique et un élargissement de la plage de fonctionnement couple-vitesse. Les propriétés particulières de ces machines apportent des perspectives intéressantes pour différentes topologies de moteurs et de générateurs.

Schlussbericht (Deutsch)

Die neuartigen Synchronmaschinen, welche mittels kurzen Stromimpulsen eine Magnetisierung bzw. Entmagnetisierung der Permanentmagnete ermöglichen (« Memory Motors »), erlauben eine wesentliche Erweiterung des Arbeitsbereiches innerhalb der Drehmoment-Drehzahl-Charakteristik, sowie eine Erhöhung des Wirkungsgrades. Die spezifischen Eigenschaften dieser Maschinen eröffnen somit neue Möglichkeiten in der Entwicklung neuer Topologien von Motoren und Generatoren.

Im Rahmen dieses Projekts wurde ein neuer « Memory Motor » entwickelt, simuliert, optimiert und schliesslich auch konstruiert und getestet. Die vorgeschlagene Struktur verwendet einen herkömmlichen Stator, welcher einfach industrialisierbar ist. Es wurden ausschliesslich handelsübliche Materialien verwendet. Für die Steuerung kann ein herkömmlicher Umrichter mit Vektorregelung verwendet werden. Die Steuerung wurde lediglich an der speziellen nichtlinearen Magetisierungscharakteristik angepasst, um das Leistungspotential der Maschine voll auszuschöpfen.

Die Leistungsmerkmale des « Memory Motors » wurden mit den entsprechenden Merkmalen eines Asynchron- bzw. herkömmlichen Synchron - Motors, welche denselben Stator verwenden, verglichen. Der Vergleich bestätigt die genannte Erweiterung des Arbeitsbereiches sowie die Erhöhung des Wirkungsgrades, speziell im höheren Drehzahlbereich.

Schlussbericht (Englisch)

The new synchronous machines that magnetize and demagnetize their magnets during operation (« memory motors »), via short pulses of current, make it possible to envisage improving energy efficiency and expanding the operating range of the torque-speed characteristic. The special properties of these machines offer interesting perspectives on different topologies of motors and generators.

In the field of the project, a new « memory motor » has been developed, sized, simulated and tested. The proposed structure, with a conventional stator, is relatively easy to industrialize. It uses only materials available on the market. A standard electronic power supply with vector control can be used. Control strategies can be adapted and optimized to best exploit the potential of this concept and take into account the non-linear characteristic of the magnetization.

The performances of the « memory motors » have been compared to the ones of two conventional synchronous rotors and one asynchronous rotor using the same stator. These results show that partial or total demagnetization of the magnets during operation allows extending the operating range for torque-speed and improve the motor efficiency for the high speeds.

Schlussbericht (Französisch)

Les nouvelles machines synchrones avec contrôle du niveau de magnétisation des aimants (« memory motors »), en fonctionnement, par de brèves impulsions de courant, permettent d’envisager une amélioration de l’efficacité énergétique et un élargissement de la plage de fonctionnement couple-vitesse. Les propriétés particulières de ces machines apportent des perspectives intéressantes pour différentes topologies de moteurs et de générateurs.

Dans le cadre du projet, un nouveau « memory motor » a été dimensionné, simulé, optimisé, réalisé et testé. La structure proposée, avec un stator standard, est relativement facile à industrialiser. Elle n’utilise que des matériaux disponibles sur le marché. Une alimentation électronique standard avec contrôle vectoriel peut être employée. Les stratégies de commandes peuvent être adaptées et optimisées afin d’exploiter au mieux le potentiel de ce concept et prendre en compte la caractéristique non-linéaire de la magnétisation.

Les performances du « memory motor » ont été comparées avec celles de deux rotors de type synchrone et un rotor asynchrone, en utilisant le même stator. Ces résultats montrent que la magnétisation et la démagnétisation des aimants en fonctionnement permet d’augmenter la plage de fonctionnement couple-vitesse et d’améliorer le rendement à haute vitesse.

Zugehörige Dokumente

• Moteur synchrone à aimants avec contrôle de la magnétisation en fonctionnement - Rapport Final [PDF] 22'429 kB