Utviklingen av permanentmagnetmotorer er nært knyttet til utviklingen av permanentmagnetmaterialer. Kina er det første landet i verden som oppdaget de magnetiske egenskapene til permanentmagnetmaterialer og anvendte dem i praksis. For mer enn 2000 år siden brukte Kina de magnetiske egenskapene til permanentmagnetmaterialer til å lage kompasser, som spilte en stor rolle innen navigasjon, militære og andre felt, og ble en av de fire store oppfinnelsene i det gamle Kina.
Verdens første motor, som dukket opp på 1920-tallet, var en permanentmagnetmotor som brukte permanentmagneter til å generere eksitasjonsmagnetfelt. Permanentmagnetmaterialet som ble brukt på den tiden var imidlertid naturlig magnetitt (Fe3O4), som hadde en svært lav magnetisk energitetthet. Motoren som ble laget av den var stor i størrelse og ble snart erstattet av den elektriske eksitasjonsmotoren.
Med den raske utviklingen av ulike motorer og oppfinnelsen av dagens magnetisatorer har folk utført grundig forskning på mekanismen, sammensetningen og produksjonsteknologien til permanentmagnetiske materialer, og har suksessivt oppdaget en rekke permanentmagnetiske materialer som karbonstål, wolframstål (maksimalt magnetisk energiprodukt på ca. 2,7 kJ/m3) og koboltstål (maksimalt magnetisk energiprodukt på ca. 7,2 kJ/m3).
Spesielt fremveksten av permanentmagneter av aluminium, nikkel og kobolt på 1930-tallet (maksimalt magnetisk energiprodukt kan nå 85 kJ/m3) og permanentmagneter av ferritt på 1950-tallet (maksimalt magnetisk energiprodukt kan nå 40 kJ/m3) har forbedret de magnetiske egenskapene betraktelig, og ulike mikro- og småmotorer har begynt å bruke permanentmagneteksitasjon. Effekten til permanentmagnetmotorer varierer fra noen få milliwatt til titalls kilowatt. De er mye brukt i militær, industriell og landbruksproduksjon og dagliglivet, og produksjonen har økt dramatisk.
I løpet av denne perioden har det tilsvarende blitt gjort gjennombrudd innen designteori, beregningsmetoder, magnetisering og produksjonsteknologi for permanentmagnetmotorer, noe som har dannet et sett med analyse- og forskningsmetoder representert ved permanentmagnetens arbeidsdiagrammetode. Imidlertid er tvangskraften til AlNiCo-permanentmagneter lav (36–160 kA/m), og den remanente magnetiske tettheten til ferrittpermanentmagneter er ikke høy (0,2–0,44 T), noe som begrenser bruksområdet deres i motorer.
Det var ikke før på 1960- og 1980-tallet at permanentmagneter av sjeldne jordarter av kobolt og neodym-jern-bor (samlet referert til som permanentmagneter av sjeldne jordarter) kom ut etter hverandre. Deres utmerkede magnetiske egenskaper med høy remanent magnetisk tetthet, høy koercitiv kraft, høyt magnetisk energiprodukt og lineær avmagnetiseringskurve er spesielt egnet for produksjon av motorer, og dermed innledet utviklingen av permanentmagnetmotorer inn i en ny historisk periode.
1. Permanente magnetiske materialer
Permanentmagnetmaterialene som vanligvis brukes i motorer inkluderer sintrede magneter og bundne magneter, hovedtypene er aluminium-nikkel-kobolt, ferritt, samarium-kobolt, neodym-jern-bor, etc.
Alnico: Alnico permanentmagnetmateriale er et av de tidligste permanentmagnetmaterialene som er mye brukt, og fremstillingsprosessen og teknologien er relativt moden.
Permanent ferritt: På 1950-tallet begynte ferritt å blomstre, spesielt på 1970-tallet, da strontiumferritt med god koersivitet og magnetisk energiytelse ble satt i produksjon i store mengder, noe som raskt utvidet bruken av permanent ferritt. Som et ikke-metallisk magnetisk materiale har ikke ferritt ulempene med enkel oksidasjon, lav Curie-temperatur og høye kostnader for metalliske permanentmagnetmaterialer, så det er veldig populært.
Samariumkobolt: Et permanentmagnetmateriale med utmerkede magnetiske egenskaper som dukket opp på midten av 1960-tallet og har svært stabil ytelse. Samariumkobolt er spesielt egnet for produksjon av motorer når det gjelder magnetiske egenskaper, men på grunn av den høye prisen brukes det hovedsakelig i forskning og utvikling av militære motorer som luftfart, romfart og våpen, og motorer i høyteknologiske felt der høy ytelse og pris ikke er hovedfaktoren.
NdFeB: NdFeB magnetisk materiale er en legering av neodym, jernoksid, etc., også kjent som magnetisk stål. Det har et ekstremt høyt magnetisk energiprodukt og en høy tvangskraft. Samtidig gjør fordelene med høy energitetthet at NdFeB permanentmagnetmaterialer er mye brukt i moderne industri og elektronisk teknologi, noe som gjør det mulig å miniaturisere, lette og tynne ut utstyr som instrumenter, elektroakustiske motorer, magnetisk separasjon og magnetisering. Fordi det inneholder en stor mengde neodym og jern, er det lett å ruste. Kjemisk overflatepassivering er en av de beste løsningene for tiden.
Korrosjonsbestandighet, maksimal driftstemperatur, prosesseringsytelse, form på demagnetiseringskurven,
og prissammenligning av vanlige permanentmagnetmaterialer for motorer (figur)
2.Innflytelsen av magnetisk stålform og toleranse på motorens ytelse
1. Påvirkning av magnetisk ståltykkelse
Når den indre eller ytre magnetiske kretsen er fast, reduseres luftgapet og den effektive magnetiske fluksen øker når tykkelsen øker. Den åpenbare manifestasjonen er at tomgangshastigheten reduseres og tomgangsstrømmen reduseres under samme restmagnetisme, og motorens maksimale effektivitet øker. Det er imidlertid også ulemper, som økt kommutasjonsvibrasjon i motoren og en relativt brattere effektivitetskurve for motoren. Derfor bør tykkelsen på motorens magnetiske stål være så konsistent som mulig for å redusere vibrasjon.
2. Innflytelse av magnetisk stålbredde
For børsteløse motormagneter som sitter tett sammen, kan ikke det totale kumulative gapet overstige 0,5 mm. Hvis det er for lite, vil det ikke bli installert. Hvis det er for stort, vil motoren vibrere og redusere effektiviteten. Dette skyldes at plasseringen til Hall-elementet som måler magnetens posisjon ikke samsvarer med magnetens faktiske posisjon, og bredden må være konsistent, ellers vil motoren ha lav effektivitet og stor vibrasjon.
For børstemotorer er det et visst mellomrom mellom magnetene, som er reservert for den mekaniske kommutasjonssonen. Selv om det er et mellomrom, har de fleste produsenter strenge prosedyrer for magnetinstallasjon for å sikre nøyaktig installasjon for å sikre nøyaktig installasjonsposisjon for motormagneten. Hvis magnetens bredde overskrides, vil den ikke bli installert; hvis magnetens bredde er for liten, vil det føre til at magneten blir feiljustert, motoren vil vibrere mer og effektiviteten vil bli redusert.
3. Innflytelsen av magnetisk stålfasstørrelse og ikke-fas
Hvis avfasingen ikke utføres, vil endringshastigheten til magnetfeltet ved kanten av motorens magnetfelt være stor, noe som forårsaker motorpulsering. Jo større avfasingen er, desto mindre blir vibrasjonen. Avfasing forårsaker imidlertid generelt et visst tap i magnetisk fluks. For noen spesifikasjoner er tapet av magnetisk fluks 0,5–1,5 % når avfasingen er 0,8 %. For børstemotorer med lav restmagnetisme vil en passende reduksjon av avfasingen bidra til å kompensere for restmagnetismen, men motorens pulsering vil øke. Generelt sett, når restmagnetismen er lav, kan toleransen i lengderetningen økes passende, noe som kan øke den effektive magnetiske fluksen til en viss grad og holde motorens ytelse i utgangspunktet uendret.
3. Merknader om permanentmagnetmotorer
1. Beregning av magnetisk kretsstruktur og design
For å kunne utnytte de magnetiske egenskapene til ulike permanentmagnetmaterialer fullt ut, spesielt de utmerkede magnetiske egenskapene til permanentmagneter av sjeldne jordarter, og produsere kostnadseffektive permanentmagnetmotorer, er det ikke mulig å bare anvende struktur- og designberegningsmetodene til tradisjonelle permanentmagnetmotorer eller elektromagnetiske eksitasjonsmotorer. Nye designkonsepter må etableres for å analysere og forbedre den magnetiske kretsstrukturen på nytt. Med den raske utviklingen av maskinvare- og programvareteknologi, samt kontinuerlig forbedring av moderne designmetoder som numerisk beregning av elektromagnetiske felt, optimaliseringsdesign og simuleringsteknologi, og gjennom felles innsats fra motorfagfolk og ingeniørmiljøer, har det blitt gjort gjennombrudd innen designteori, beregningsmetoder, strukturelle prosesser og kontrollteknologier for permanentmagnetmotorer, og danner et komplett sett med analyse- og forskningsmetoder og dataassistert analyse- og designprogramvare som kombinerer numerisk beregning av elektromagnetiske felt og tilsvarende analytiske løsninger for magnetiske kretser, og forbedres kontinuerlig.
2. Irreversibelt demagnetiseringsproblem
Hvis designen eller bruken er feil, kan permanentmagnetmotoren forårsake irreversibel avmagnetisering, eller demagnetisering, når temperaturen er for høy (NdFeB permanentmagnet) eller for lav (ferritt permanentmagnet), under ankerreaksjon forårsaket av støtstrømmen, eller under kraftig mekanisk vibrasjon, noe som vil redusere motorens ytelse og til og med gjøre den ubrukelig. Derfor er det nødvendig å studere og utvikle metoder og enheter som er egnet for motorprodusenter for å kontrollere den termiske stabiliteten til permanentmagnetmaterialer, og å analysere anti-demagnetiseringsegenskapene til ulike strukturelle former, slik at tilsvarende tiltak kan iverksettes under design og produksjon for å sikre at permanentmagnetmotoren ikke mister magnetisme.
3. Kostnadsproblemer
Siden permanentmagneter av sjeldne jordarter fortsatt er relativt dyre, er kostnaden for permanentmagnetmotorer av sjeldne jordarter generelt høyere enn for elektriske eksitasjonsmotorer, noe som må kompenseres av høy ytelse og besparelser i driftskostnader. I noen tilfeller, for eksempel talespolemotorer for datamaskindiskstasjoner, forbedrer bruken av permanentmagneter av NdFeB ytelsen, reduserer volum og masse betydelig og reduserer totalkostnadene. Ved design er det nødvendig å sammenligne ytelse og pris basert på spesifikke brukssituasjoner og krav, og å innovere strukturelle prosesser og optimalisere design for å redusere kostnader.
Anhui Mingteng permanentmagnetisk elektromekanisk utstyr co., Ltd. (https://www.mingtengmotor.com/). Avmagnetiseringshastigheten for magnetisk stål i permanentmagnetmotorer er ikke mer enn en tusendel per år.
Permanentmagnetmaterialet i permanentmagnetmotorrotoren til vårt selskap bruker sintret NdFeB med høyt magnetisk energiprodukt og høy iboende koeksivitet, og de konvensjonelle kvalitetene er N38SH, N38UH, N40UH, N42UH, osv. Ta N38SH, en vanlig brukt kvalitet i vårt selskap, som et eksempel: 38- representerer det maksimale magnetiske energiproduktet på 38MGOe; SH representerer den maksimale temperaturmotstanden på 150 ℃. UH har en maksimal temperaturmotstand på 180 ℃. Selskapet har designet profesjonelle verktøy og føringsfester for montering av magnetisk stål, og kvalitativt analysert polariteten til det monterte magnetiske stålet med rimelige midler, slik at den relative magnetiske fluksverdien for hvert spor av magnetisk stål er lik, noe som sikrer symmetrien til den magnetiske kretsen og kvaliteten på monteringen av magnetisk stål.
Opphavsrett: Denne artikkelen er et opptrykk av WeChats offentlige nummer «dagens motor», den originale lenken https://mp.weixin.qq.com/s/zZn3UsYZeDwicEDwIdsbPg
Denne artikkelen representerer ikke selskapets synspunkter. Hvis du har andre meninger eller synspunkter, vennligst korriger oss!
Publisert: 30. august 2024