Электродвигатель с прямым приводом и постоянными магнитами в основном используется в низкоскоростных нагрузках , таких как ленточные конвейеры, смесители, волочильные станки, низкоскоростные насосы, заменяя высокоскоростные двигатели и механические тормозные механизмы, состоящие из электромеханических систем. Электродвигатель с прямым приводом и постоянными магнитами обладает преимуществами большого выходного крутящего момента, высокой эффективности системы, быстрого динамического отклика, высокой ударопрочности и виброустойчивости, что значительно повышает надежность работы системы и позволяет эффективно снизить затраты на техническое обслуживание. В настоящее время он успешно применяется в ленточных конвейерах, дробилках для руды, металлургической промышленности и других отраслях, и имеет широкие рыночные перспективы.
Строгого определения низкоскоростного двигателя с высоким крутящим моментом и прямым приводом не существует; обычно под ним понимается двигатель с прямым приводом , скорость которого составляет менее 500 об/мин, а крутящий момент — более 500 Н•м, тогда как двигатель со сверхнизкой скоростью — это двигатель со скоростью менее 50 об/мин . Двигатели с прямым приводом и постоянными магнитами делятся на две конструктивные формы: с внешним ротором и с внутренним ротором , при этом двигатели с внешним ротором и прямым приводом и постоянными магнитами в основном используются в ременных передачах. При проектировании и применении двигателей с прямым приводом и постоянными магнитами следует учитывать, что такие двигатели не подходят для особо низких скоростей вращения. Низкоскоростные системы передачи с высоким крутящим моментом имеют широкие перспективы применения в промышленном производстве, разработке нефтяных месторождений, ветроэнергетике, портовых подъемных системах и судостроении.
Традиционная система привода на основе асинхронного двигателя и механического механизма замедления имеет недостатки, такие как сложная конструкция, быстрый износ механизма замедления, утечка смазочного масла, низкая надежность работы, высокие затраты на техническое обслуживание и низкая общая эффективность системы, что не соответствует требованиям энергосбережения и охраны окружающей среды . Замена традиционной системы привода на двигатель прямого привода стала общепринятой практикой. При проектировании асинхронного двигателя на низких номинальных скоростях количество полюсов велико, а увеличение тока возбуждения значительно снижает коэффициент мощности и КПД, поэтому асинхронный двигатель не подходит для прямого привода на низких скоростях и с высоким крутящим моментом . В двигателе с постоянными магнитами поле в воздушном зазоре возбуждается постоянным магнитом, отсутствует ток возбуждения , и количество полюсов двигателя может быть очень большим. Реактивная составляющая тока якоря в двигателе с постоянными магнитами мала, снижается расход меди статора, а коэффициент мощности и КПД двигателя с постоянными магнитами выше, чем у асинхронного двигателя. Кроме того, двигатель с постоянными магнитами способен сохранять хорошие характеристики в широком диапазоне изменений нагрузки, поэтому он широко используется в системах передачи низких скоростей и высокого крутящего момента . В двигателях с прямым приводом и постоянными магнитами обычно используется ротор с постоянными магнитами, установленными на поверхности, что повышает плотность крутящего момента и уменьшает количество материала. Из-за низкой скорости и малой центробежной силы нет необходимости в использовании встроенной конструкции ротора с постоянными магнитами; обычно для фиксации и защиты постоянных магнитов ротора используются защитные втулки из нержавеющей стали и стекловолокна. Однако некоторые двигатели с высокими требованиями к надежности, относительно небольшим количеством полюсов или сильной вибрацией также используют встроенную конструкцию ротора с постоянными магнитами. Низкоскоростной двигатель с прямым приводом управляется частотным преобразователем, и когда количество полюсов достигает верхнего предела, скорость снова снижается, что приводит к снижению частоты. При низкой частоте инвертора уменьшается коэффициент заполнения ШИМ и ухудшается форма сигнала, что приводит к колебаниям и нестабильности скорости. Поэтому управление, особенно низкоскоростным двигателем с прямым приводом, также становится более сложным. В настоящее время в сверхнизкоскоростных двигателях используются схемы с модуляцией магнитного поля, позволяющие использовать более высокую частоту привода. Хотя использование двигателя с прямым приводом на постоянных магнитах позволяет исключить первоначальный механизм замедления и снизить затраты на техническое обслуживание, его конструкция, не соответствующая требованиям, обходится слишком дорого, а эффективность системы снижается. В целом, увеличение диаметра двигателя с прямым приводом на постоянных магнитах позволяет снизить стоимость единицы крутящего момента, поэтому двигатель с прямым приводом может иметь большой диск, больший диаметр и меньшую длину пакета. Однако увеличение диаметра также имеет свои ограничения, и слишком большой диаметр увеличит стоимость корпуса и вала, а стоимость конструкционных материалов постепенно превысит стоимость эффективных материалов. Поэтому при проектировании двигателя с прямым приводом необходимо оптимизировать выбор соотношения длины и диаметра, чтобы снизить общую стоимость двигателя.
