Un motore a magneti permanenti (PM) è un motore a corrente alternata che utilizza magneti incorporati o fissati alla superficie del rotore. I veicoli elettrici utilizzano motori sincroni a magneti permanenti con elevata densità di coppia ed elevata efficienza.

I magneti utilizzati sono magneti al neodimio ferro boro, noti anche come supermagneti. Il nome deriva dal campo magnetico molto concentrato per centimetro quadrato, che li rende molto attraenti per le loro piccole dimensioni, ma la loro elevata densità di campo magnetico è ottima per resistenza ed efficienza.

Considerando le caratteristiche dei motori a magneti permanenti e l'elevata densità del campo magnetico, la dimensione del motore progettata è un terzo di quella dei motori con le stesse prestazioni. Inoltre, l’elevata efficienza mantiene al minimo il consumo di energia elettrica dei veicoli elettrici e, non ultimo, la durata magnetica del super magnete è stimata in circa 400 anni, garantendone efficienza e affidabilità nel tempo.

I motori a magneti permanenti (noti anche come PM) possono essere suddivisi in due categorie principali: magneti permanenti interni (IPM) e magneti permanenti di superficie (SPM), entrambi i tipi generano un flusso magnetico attraverso magneti permanenti fissati o all'interno del rotore.

Il magnete permanente di superficie è un motore con magneti permanenti attaccati alla circonferenza del rotore, mentre il magnete permanente interno è un motore con magneti permanenti incorporati nel rotore chiamato IPM.

Per decenni, i motori a magneti permanenti di superficie hanno dominato il mercato dei motori a magneti permanenti, tuttavia, negli ultimi anni, i mercati emergenti dei veicoli ibridi ed elettrici hanno incrementato la domanda di motori a magneti permanenti per interni.

Con vantaggi quali potenza costante su un ampio intervallo di velocità e design con ritenzione del magnete, i motori a magneti permanenti interni forniscono una buona soluzione per applicazioni quali motori di trazione e ausiliari.

Nelle applicazioni automobilistiche, la tecnologia a magneti permanenti incorporati presenta grandi vantaggi rispetto ai motori a magneti permanenti di superficie. Il design del magnete permanente incorporato consente un maggiore controllo sulla magnetizzazione del circuito magnetico.

Al contrario, i motori a magneti permanenti interni offrono una gamma più ampia di coppia più o meno costante. Utilizzando una tecnica chiamata indebolimento del campo, i progettisti possono applicare corrente per modificare le prestazioni. L'indebolimento del campo comporta la regolazione del campo magnetico dello statore per contrastare parzialmente l'effetto del magnete permanente.

———–Motori a magneti permanenti di superficie———–

I motori a magneti permanenti di superficie hanno magneti fissati all'esterno della superficie del rotore e la loro resistenza meccanica è inferiore a quella dei motori a magneti permanenti incorporati. La resistenza meccanica indebolita limita la massima velocità meccanica sicura del motore.

Inoltre, la convessità magnetica (Ld≈Lq) di questi motori e i valori di induttanza misurati ai terminali del rotore sono coerenti indipendentemente dalla posizione del rotore. A causa dello stretto rapporto della corona magnetica, i progetti dei motori a magneti permanenti di superficie fanno molto affidamento sui componenti della coppia magnetica per generare la coppia.

———–Motori a magneti permanenti interni———–

I motori a magneti permanenti interni hanno magneti permanenti incorporati nel rotore. A differenza dei motori a magneti permanenti di superficie, la posizione dei magneti permanenti rende il motore a magneti permanenti interni meccanicamente buono e adatto al funzionamento ad alta velocità.

Questi motori sono inoltre caratterizzati dal rapporto corona magnetica relativamente elevato (Lq>Ld). A causa della sua evidente convessità magnetica, il motore a magnete permanente interno può generare coppia utilizzando i componenti della coppia magnetica e della coppia di riluttanza del motore, rendendolo adatto a vari veicoli elettrici.

Conclusione

Per applicazioni ad alta velocità come i motori di trazione, i motori a magneti permanenti interni rappresentano la scelta migliore , in quanto utilizzano meno materiale magnetico e ricavano parte della coppia dal rapporto di corona apparente del rotore. Oltre alla coppia magnetica, per ottenere una coppia elevata si utilizza anche la coppia di riluttanza, che può rispondere alla rotazione di un motore ad alta velocità tramite il controllo vettoriale di due tipi di coppia.

Combinato con un migliore controllo sulla magnetizzazione del circuito magnetico mediante il controllo della corrente, consente un funzionamento efficiente su un ampio intervallo di velocità. La sicurezza meccanica è migliorata poiché, a differenza di un SPM, il magnete non si stacca a causa della forza centrifuga. Rispetto ai motori tradizionali, il motore a magneti permanenti interni può risparmiare il 30% sul consumo energetico con la stessa potenza.