Il motore a magneti permanenti ad azionamento diretto è utilizzato principalmente in applicazioni a bassa velocità , come nastri trasportatori, miscelatori, macchine per la trafilatura e pompe a bassa velocità, in sostituzione di motori ad alta velocità e meccanismi di decelerazione meccanica presenti nei sistemi elettromeccanici. Il motore a magneti permanenti ad azionamento diretto offre i vantaggi di un'elevata coppia in uscita, un'alta efficienza del sistema, una rapida risposta dinamica e una forte resistenza agli urti e alle vibrazioni, migliorando notevolmente l'affidabilità del funzionamento del sistema e riducendo efficacemente i costi di manutenzione. Attualmente, trova applicazione con successo in settori quali nastri trasportatori, frantumazione di minerali, metallurgia siderurgica e altri, e presenta ampie prospettive di mercato.
Non esiste una definizione precisa di motore a trasmissione diretta a bassa velocità e coppia elevata; generalmente, si riferisce a una velocità inferiore a 500 giri/min e una coppia superiore a 500 N•m, mentre per i motori a trasmissione diretta si parla di motori a velocità ultra-bassa quando la velocità è inferiore a 50 giri/min . Il motore a trasmissione diretta a magneti permanenti può essere suddiviso in due forme strutturali: rotore esterno e rotore interno . Il motore a trasmissione diretta a magneti permanenti con rotore esterno è utilizzato principalmente nelle macchine a cinghia. Nella progettazione e nell'applicazione del motore a trasmissione diretta a magneti permanenti, è importante notare che non è adatto a velocità di uscita particolarmente basse. Il sistema di trasmissione a bassa velocità e coppia elevata ha ampie prospettive di applicazione nella produzione industriale, nello sfruttamento dei giacimenti petroliferi, nella generazione di energia eolica, nel sollevamento portuale e nella propulsione navale.
Il sistema di azionamento del tradizionale motore a induzione e del meccanismo di decelerazione meccanico presenta gli svantaggi di una struttura complessa, facile usura del meccanismo di decelerazione, perdite di olio lubrificante, scarsa affidabilità operativa, elevati costi di manutenzione e bassa efficienza complessiva del sistema, che non soddisfano i requisiti di risparmio energetico e protezione ambientale . L'adozione di motori a trasmissione diretta in sostituzione del sistema di azionamento tradizionale è diventata una pratica consolidata. Quando un motore a induzione viene progettato a bassa velocità nominale, il numero di poli è elevato e l'aumento della corrente di eccitazione riduce drasticamente il fattore di potenza e l'efficienza, pertanto il motore a induzione non è adatto per azionamenti diretti a bassa velocità e coppia elevata . Il campo elettrico del traferro del motore a magneti permanenti viene eccitato dal magnete permanente, non vi è corrente di eccitazione e il numero di poli del motore può essere molto elevato. La componente di potenza reattiva nella corrente di armatura del motore a magneti permanenti è ridotta, il consumo di rame dello statore è minore e il fattore di potenza e l'efficienza del motore a magneti permanenti sono superiori a quelli del motore a induzione. Inoltre, il motore a magneti permanenti può mantenere buone prestazioni in un'ampia gamma di variazioni di carico, pertanto è ampiamente utilizzato nei sistemi di trasmissione a bassa velocità e coppia elevata . Il motore a trasmissione diretta a magneti permanenti utilizza generalmente un rotore a magneti permanenti a montaggio superficiale per migliorare la densità di coppia e ridurre la quantità di materiale. A causa della bassa velocità e della piccola forza centrifuga, non è necessario utilizzare una struttura del rotore a magneti permanenti integrata; in genere si utilizzano boccole in acciaio inossidabile o in fibra di vetro per fissare e proteggere i magneti permanenti del rotore. Tuttavia, alcuni motori con elevati requisiti di affidabilità, un numero di poli relativamente basso o forti vibrazioni utilizzano anche una struttura del rotore a magneti permanenti integrata. Il motore a trasmissione diretta a bassa velocità è azionato da un convertitore di frequenza e, quando il numero di poli raggiunge un limite superiore, la velocità viene nuovamente ridotta, con conseguente diminuzione della frequenza. Quando la frequenza dell'inverter è bassa, il duty cycle PWM si riduce e la forma d'onda risulta scadente, il che porta a fluttuazioni e instabilità della velocità. Pertanto, soprattutto per i motori a trasmissione diretta a bassa velocità, il controllo risulta più complesso. Attualmente, per i motori a velocità ultra-bassa, esistono schemi di motori a modulazione di campo magnetico, al fine di utilizzare una frequenza di azionamento più elevata. Sebbene l'uso di motori a trasmissione diretta a magneti permanenti possa eliminare il meccanismo di decelerazione originale e ridurre i costi di manutenzione, una progettazione inadeguata di tali motori comporta costi eccessivi e una riduzione dell'efficienza del sistema. In generale, l'aumento del diametro del motore a trasmissione diretta a magneti permanenti può ridurre il costo per unità di coppia, consentendo la realizzazione di motori con un disco di grandi dimensioni, un diametro maggiore e una lunghezza di accumulo inferiore. Tuttavia, anche l'aumento del diametro ha un limite: un diametro eccessivo fa lievitare i costi dell'involucro e dell'albero, e persino il costo del materiale strutturale può superare gradualmente quello del materiale effettivo. Pertanto, la progettazione di un motore a trasmissione diretta richiede l'ottimizzazione del rapporto lunghezza-diametro, in modo da contenere il costo complessivo del motore.
