Vývoj motorov s permanentnými magnetmi úzko súvisí s vývojom materiálov s permanentnými magnetmi. Čína je prvou krajinou na svete, ktorá objavila magnetické vlastnosti materiálov s permanentnými magnetmi a uplatnila ich v praxi. Pred viac ako 2 000 rokmi Čína využila magnetické vlastnosti materiálov s permanentnými magnetmi na výrobu kompasov, ktoré zohrali obrovskú úlohu v navigácii, vojenstve a iných oblastiach a stali sa jedným zo štyroch najväčších vynálezov starovekej Číny.
Prvý motor na svete, ktorý sa objavil v 20. rokoch 20. storočia, bol motor s permanentnými magnetmi, ktorý využíval permanentné magnety na generovanie budiacimi magnetickými poľami. Avšak materiálom permanentných magnetov používaným v tom čase bol prírodný magnetit (Fe3O4), ktorý mal veľmi nízku hustotu magnetickej energie. Motor z neho vyrobený mal veľké rozmery a čoskoro ho nahradili motory s elektrickým budiacim systémom.
S rýchlym vývojom rôznych motorov a vynálezom súčasných magnetizátorov ľudia vykonali hĺbkový výskum mechanizmu, zloženia a výrobnej technológie permanentných magnetických materiálov a postupne objavili rôzne permanentné magnetické materiály, ako je uhlíková oceľ, volfrámová oceľ (maximálny magnetický energetický produkt približne 2,7 kJ/m3) a kobaltová oceľ (maximálny magnetický energetický produkt približne 7,2 kJ/m3).
Najmä výskyt permanentných magnetov z hliníka a niklu, kobaltu v 30. rokoch 20. storočia (maximálny magnetický energetický produkt môže dosiahnuť 85 kJ/m3) a feritových permanentných magnetov v 50. rokoch 20. storočia (maximálny magnetický energetický produkt môže dosiahnuť 40 kJ/m3) výrazne zlepšil magnetické vlastnosti a rôzne mikro a malé motory začali používať budenie permanentnými magnetmi. Výkon motorov s permanentnými magnetmi sa pohybuje od niekoľkých miliwattov do desiatok kilowattov. Sú široko používané vo vojenskej, priemyselnej a poľnohospodárskej výrobe a každodennom živote a ich výkon sa dramaticky zvýšil.
V súlade s tým sa počas tohto obdobia dosiahli prelomy v teórii návrhu, výpočtových metódach, magnetizácii a výrobnej technológii motorov s permanentnými magnetmi, čím sa vytvoril súbor analytických a výskumných metód reprezentovaných metódou pracovného diagramu permanentného magnetu. Koercitívna sila permanentných magnetov AlNiCo je však nízka (36 – 160 kA/m) a zvyšková magnetická hustota feritových permanentných magnetov nie je vysoká (0,2 – 0,44 T), čo obmedzuje rozsah ich použitia v motoroch.
Až v 60. a 80. rokoch 20. storočia sa postupne objavili permanentné magnety zo vzácnych zemín - kobaltu a neodýmu - železa a bóru (súhrnne označované ako permanentné magnety zo vzácnych zemín). Ich vynikajúce magnetické vlastnosti, ako je vysoká remanentná magnetická hustota, vysoká koercitívna sila, vysoký magnetický energetický produkt a lineárna demagnetizačná krivka, sú obzvlášť vhodné na výrobu motorov, čím sa vývoj motorov s permanentnými magnetmi dostal do nového historického obdobia.
1. Permanentné magnetické materiály
Medzi materiály permanentných magnetov bežne používané v motoroch patria spekané magnety a lepené magnety, pričom hlavnými typmi sú hliník, nikel, kobalt, ferit, samárium, kobalt, neodým, železo, bór atď.
Alnico: Materiál s permanentným magnetom Alnico je jedným z najstarších široko používaných materiálov s permanentným magnetom a jeho proces prípravy a technológia sú relatívne vyspelé.
Permanentný ferit: V 50. rokoch 20. storočia sa ferit začal rozvíjať, najmä v 70. rokoch 20. storočia, keď sa vo veľkom množstve začal vyrábať stronciový ferit s dobrou koercitivitou a magnetickým výkonom, čo rýchlo rozšírilo používanie permanentného feritu. Ako nekovový magnetický materiál nemá ferit nevýhody ľahkej oxidácie, nízkej Curieho teploty a vysokých nákladov na kovové permanentné magnetické materiály, takže je veľmi obľúbený.
Samárium kobalt: Permanentný magnetický materiál s vynikajúcimi magnetickými vlastnosťami, ktorý sa objavil v polovici 60. rokov 20. storočia a má veľmi stabilný výkon. Samárium kobalt je z hľadiska magnetických vlastností obzvlášť vhodný na výrobu motorov, ale kvôli svojej vysokej cene sa používa hlavne vo výskume a vývoji vojenských motorov, ako sú letectvo, kozmonautika a zbrane, a motorov v oblastiach high-tech, kde vysoký výkon a cena nie sú hlavným faktorom.
NdFeB: Magnetický materiál NdFeB je zliatina neodýmu, oxidu železa atď., známa aj ako magnetická oceľ. Má extrémne vysoký magnetický energetický produkt a koercitívnu silu. Zároveň výhody vysokej hustoty energie robia z permanentných magnetických materiálov NdFeB široko používané v modernom priemysle a elektronických technológiách, čo umožňuje miniaturizáciu, odľahčenie a tenkosť zariadení, ako sú prístroje, elektroakustické motory, magnetická separácia a magnetizácia. Pretože obsahuje veľké množstvo neodýmu a železa, ľahko hrdzavie. Povrchová chemická pasivácia je v súčasnosti jedným z najlepších riešení.
Odolnosť proti korózii, maximálna prevádzková teplota, spracovateľský výkon, tvar demagnetizačnej krivky,
a porovnanie cien bežne používaných materiálov s permanentnými magnetmi pre motory (obrázok)
2.Vplyv tvaru a tolerancie magnetickej ocele na výkon motora
1. Vplyv hrúbky magnetickej ocele
Keď je vnútorný alebo vonkajší magnetický obvod pevný, vzduchová medzera sa zmenšuje a efektívny magnetický tok sa zvyšuje so zväčšujúcou sa hrúbkou. Zjavným prejavom je, že pri rovnakom zvyškovom magnetizme sa znižuje rýchlosť chodu naprázdno a znižuje sa prúd naprázdno, čím sa zvyšuje maximálna účinnosť motora. Existujú však aj nevýhody, ako sú zvýšené komutačné vibrácie motora a relatívne strmšia krivka účinnosti motora. Preto by hrúbka magnetickej ocele motora mala byť čo najkonzistentnejšia, aby sa znížili vibrácie.
2. Vplyv šírky magnetickej ocele
Pri tesne rozmiestnených magnetoch bezkefkových motorov nesmie celková kumulatívna medzera presiahnuť 0,5 mm. Ak je príliš malá, motor sa nenainštaluje. Ak je príliš veľká, motor bude vibrovať a zníži sa jeho účinnosť. Je to preto, že poloha Hallovho prvku, ktorý meria polohu magnetu, nezodpovedá skutočnej polohe magnetu a šírka musí byť konzistentná, inak bude mať motor nízku účinnosť a veľké vibrácie.
Pri kefkových motoroch je medzi magnetmi určitá medzera, ktorá je vyhradená pre prechodovú zónu mechanickej komutácie. Hoci medzera existuje, väčšina výrobcov má prísne postupy inštalácie magnetov, aby sa zabezpečila presnosť inštalácie a presná montážna poloha magnetu motora. Ak je šírka magnetu väčšia, nebude nainštalovaný; ak je šírka magnetu príliš malá, magnet bude nesprávne zarovnaný, motor bude viac vibrovať a účinnosť sa zníži.
3. Vplyv veľkosti skosenia magnetickej ocele a neskosenia
Ak sa skosenie nevykoná, rýchlosť zmeny magnetického poľa na okraji magnetického poľa motora bude veľká, čo spôsobí pulzáciu motora. Čím väčšie je skosenie, tým menšie sú vibrácie. Skosenie však vo všeobecnosti spôsobuje určitú stratu magnetického toku. Pri niektorých špecifikáciách je strata magnetického toku 0,5 až 1,5 %, keď je skosenie 0,8. Pri kefkových motoroch s nízkym zvyškovým magnetizmom pomôže vhodné zníženie veľkosti skosenia kompenzovať zvyškový magnetizmus, ale pulzácia motora sa zvýši. Vo všeobecnosti, keď je zvyškový magnetizmus nízky, je možné primerane zväčšiť toleranciu v dĺžkovom smere, čo môže do určitej miery zvýšiť efektívny magnetický tok a udržať výkon motora v podstate nezmenený.
3. Poznámky k motorom s permanentnými magnetmi
1. Výpočet štruktúry a návrhu magnetického obvodu
Aby sa naplno využili magnetické vlastnosti rôznych materiálov s permanentnými magnetmi, najmä vynikajúce magnetické vlastnosti permanentných magnetov vzácnych zemín, a aby sa vyrobili nákladovo efektívne motory s permanentnými magnetmi, nie je možné jednoducho aplikovať metódy výpočtu štruktúry a návrhu tradičných motorov s permanentnými magnetmi alebo motorov s elektromagnetickým budením. Je potrebné vytvoriť nové konštrukčné koncepty na prehodnotenie a zlepšenie štruktúry magnetického obvodu. Vďaka rýchlemu rozvoju počítačového hardvéru a softvéru, ako aj neustálemu zlepšovaniu moderných konštrukčných metód, ako je numerický výpočet elektromagnetického poľa, optimalizačná konštrukčná a simulačná technológia, a vďaka spoločnému úsiliu akademickej a inžinierskej komunity v oblasti motorov sa dosiahli prelomy v teórii návrhu, výpočtových metódach, konštrukčných procesoch a technológiách riadenia motorov s permanentnými magnetmi, čím sa vytvoril kompletný súbor analytických a výskumných metód a počítačom podporovaného analytického a konštrukčného softvéru, ktorý kombinuje numerický výpočet elektromagnetického poľa a analytické riešenie ekvivalentného magnetického obvodu a neustále sa zlepšuje.
2. Problém ireverzibilnej demagnetizácie
Ak je návrh alebo použitie nesprávne, motor s permanentnými magnetmi môže pri príliš vysokej (permanentný magnet NdFeB) alebo príliš nízkej teplote (permanentný magnet ferit), pri reakcii kotvy spôsobenej nárazovým prúdom alebo pri silných mechanických vibráciách spôsobiť nevratnú demagnetizáciu alebo demagnetizáciu, čo zníži výkon motora a dokonca ho znehodnotí. Preto je potrebné študovať a vyvíjať metódy a zariadenia vhodné pre výrobcov motorov na kontrolu tepelnej stability materiálov s permanentnými magnetmi a analyzovať antidemagnetizačné schopnosti rôznych konštrukčných foriem, aby sa počas návrhu a výroby mohli prijať zodpovedajúce opatrenia na zabezpečenie toho, aby motor s permanentnými magnetmi nestratil magnetizmus.
3. Problémy s nákladmi
Keďže permanentné magnety zo vzácnych zemín sú stále relatívne drahé, náklady na motory s permanentnými magnetmi zo vzácnych zemín sú vo všeobecnosti vyššie ako náklady na motory s elektrickým budením, čo je potrebné kompenzovať ich vysokým výkonom a úsporami prevádzkových nákladov. V niektorých prípadoch, ako napríklad v prípade motorov s kmitacou cievkou pre diskové mechaniky počítačov, použitie permanentných magnetov NdFeB zlepšuje výkon, výrazne znižuje objem a hmotnosť a znižuje celkové náklady. Pri navrhovaní je potrebné porovnať výkon a cenu na základe konkrétnych prípadov použitia a požiadaviek a inovovať konštrukčné procesy a optimalizovať návrhy s cieľom znížiť náklady.
Spoločnosť Anhui Mingteng s permanentnými magnetmi a elektromechanickými zariadeniami, s.r.o. (https://www.mingtengmotor.com/). Miera demagnetizácie magnetickej ocele motora s permanentnými magnetmi nie je vyššia ako jedna tisícina za rok.
Materiál permanentného magnetu rotora motora s permanentným magnetom našej spoločnosti využíva spekaný NdFeB s vysokým magnetickým energetickým produktom a vysokou vnútornou koercitivitou a bežné triedy sú N38SH, N38UH, N40UH, N42UH atď. Ako príklad si vezmime N38SH, bežne používanú triedu našej spoločnosti: 38- predstavuje maximálny magnetický energetický produkt 38MGOe; SH predstavuje maximálnu teplotnú odolnosť 150 ℃. UH má maximálnu teplotnú odolnosť 180 ℃. Spoločnosť navrhla profesionálne nástroje a vodiace upínacie prípravky pre montáž magnetickej ocele a kvalitatívne analyzovala polaritu zostavenej magnetickej ocele s primeranými prostriedkami, takže relatívna hodnota magnetického toku každej drážkovanej magnetickej ocele je blízka, čo zabezpečuje symetriu magnetického obvodu a kvalitu montáže magnetickej ocele.
Autorské práva: Tento článok je dotlačou verejného čísla WeChat „today's motor“, pôvodný odkaz https://mp.weixin.qq.com/s/zZn3UsYZeDwicEDwIdsbPg
Tento článok nepredstavuje názory našej spoločnosti. Ak máte iné názory alebo pohľady, opravte nás!
Čas uverejnenia: 30. augusta 2024