Utvecklingen av permanentmagnetmotorer är nära besläktad med utvecklingen av permanentmagnetmaterial. Kina är det första landet i världen som upptäckte de magnetiska egenskaperna hos permanentmagnetmaterial och tillämpade dem i praktiken. För mer än 2 000 år sedan använde Kina de magnetiska egenskaperna hos permanentmagnetmaterial för att tillverka kompasser, vilket spelade en stor roll inom navigering, militär och andra områden, och blev en av de fyra stora uppfinningarna i det antika Kina.
Världens första motor, som dök upp på 1920-talet, var en permanentmagnetmotor som använde permanentmagneter för att generera excitationsmagnetfält. Permanentmagnetmaterialet som användes vid den tiden var dock naturlig magnetit (Fe3O4), som hade en mycket låg magnetisk energitäthet. Motorn som tillverkades av den var stor i storlek och ersattes snart av den elektriska excitationsmotorn.
Med den snabba utvecklingen av olika motorer och uppfinningen av nuvarande magnetiserare har människor bedrivit djupgående forskning om mekanismen, sammansättningen och tillverkningstekniken för permanentmagnetiska material, och har successivt upptäckt en mängd olika permanentmagnetiska material såsom kolstål, volframstål (maximal magnetisk energiprodukt på cirka 2,7 kJ/m3) och koboltstål (maximal magnetisk energiprodukt på cirka 7,2 kJ/m3).
Särskilt uppkomsten av permanentmagneter av aluminium, nickel och kobolt på 1930-talet (maximal magnetisk energiprodukt kan nå 85 kJ/m3) och permanentmagneter av ferrit på 1950-talet (maximal magnetisk energiprodukt kan nå 40 kJ/m3) har kraftigt förbättrat de magnetiska egenskaperna, och olika mikro- och småmotorer har börjat använda permanentmagnetexcitation. Effekten hos permanentmagnetmotorer varierar från några milliwatt till tiotals kilowatt. De används ofta inom militär, industriell och jordbruksproduktion samt i vardagslivet, och deras produktion har ökat dramatiskt.
På motsvarande sätt har genombrott gjorts under denna period inom designteori, beräkningsmetoder, magnetisering och tillverkningsteknik för permanentmagnetmotorer, vilket har bildat en uppsättning analys- och forskningsmetoder som representeras av permanentmagnetens arbetsdiagram. Emellertid är koercitivkraften hos AlNiCo-permanentmagneter låg (36–160 kA/m), och den remanenta magnetiska densiteten hos ferritpermanentmagneter är inte hög (0,2–0,44 T), vilket begränsar deras tillämpningsområde i motorer.
Det var inte förrän på 1960- och 1980-talen som permanentmagneter av sällsynta jordartsmetaller av kobolt och neodymjärnbor (gemensamt kallade permanentmagneter av sällsynta jordartsmetaller) kom ut efter varandra. Deras utmärkta magnetiska egenskaper med hög remanent magnetisk densitet, hög koercitivkraft, hög magnetisk energiprodukt och linjär avmagnetiseringskurva är särskilt lämpliga för tillverkning av motorer, vilket ledde utvecklingen av permanentmagnetmotorer in i en ny historisk period.
1. Permanenta magnetiska material
De permanentmagnetmaterial som vanligtvis används i motorer inkluderar sintrade magneter och bundna magneter, huvudtyperna är aluminium-nickel-kobolt, ferrit, samarium-kobolt, neodym-järnbor, etc.
Alnico: Alnico permanentmagnetmaterial är ett av de tidigaste permanentmagnetmaterialen som använts i stor utsträckning, och dess framställningsprocess och teknik är relativt mogna.
Permanent ferrit: På 1950-talet började ferrit blomstra, särskilt på 1970-talet, då strontiumferrit med god koercitivitet och magnetisk energiprestanda togs i produktion i stora mängder, vilket snabbt expanderade användningen av permanent ferrit. Som ett icke-metalliskt magnetiskt material har ferrit inte nackdelarna med lätt oxidation, låg Curietemperatur och hög kostnad för metalliska permanentmagnetmaterial, så det är mycket populärt.
Samariumkobolt: Ett permanentmagnetmaterial med utmärkta magnetiska egenskaper som framkom i mitten av 1960-talet och har mycket stabil prestanda. Samariumkobolt är särskilt lämpligt för tillverkning av motorer vad gäller magnetiska egenskaper, men på grund av sitt höga pris används det främst inom forskning och utveckling av militära motorer såsom flyg, rymdfart och vapen, samt motorer inom högteknologiska områden där hög prestanda och pris inte är den viktigaste faktorn.
NdFeB: NdFeB-magnetiskt material är en legering av neodym, järnoxid etc., även känt som magnetiskt stål. Det har extremt hög magnetisk energiprodukt och koercitivkraft. Samtidigt gör fördelarna med hög energitäthet att NdFeB-permanentmagnetmaterial används i stor utsträckning inom modern industri och elektronikteknik, vilket gör det möjligt att miniatyrisera, lätta och tunna ut utrustning som instrument, elektroakustiska motorer, magnetisk separation och magnetisering. Eftersom det innehåller en stor mängd neodym och järn är det lätt att rosta. Ytkemisk passivering är en av de bästa lösningarna för närvarande.
Korrosionsbeständighet, maximal driftstemperatur, bearbetningsprestanda, avmagnetiseringskurvans form,
och prisjämförelse av vanligt förekommande permanentmagnetmaterial för motorer (figur)
2.Inverkan av magnetiskt ståls form och tolerans på motorns prestanda
1. Inverkan av magnetisk ståltjocklek
När den inre eller yttre magnetiska kretsen är fixerad minskar luftgapet och det effektiva magnetflödet ökar när tjockleken ökar. Den uppenbara manifestationen är att tomgångshastigheten minskar och tomgångsströmmen minskar under samma restmagnetism, och motorns maximala verkningsgrad ökar. Det finns dock också nackdelar, såsom ökad kommutationsvibration hos motorn och en relativt brantare verkningsgradskurva för motorn. Därför bör tjockleken på motorns magnetiska stål vara så jämn som möjligt för att minska vibrationer.
2. Inverkan av magnetisk stålbredd
För tätt placerade borstlösa motormagneter får det totala kumulativa gapet inte överstiga 0,5 mm. Om det är för litet kommer det inte att installeras. Om det är för stort kommer motorn att vibrera och minska effektiviteten. Detta beror på att positionen för Hall-elementet som mäter magnetens position inte motsvarar magnetens faktiska position, och bredden måste vara konsekvent, annars kommer motorn att ha låg effektivitet och stora vibrationer.
För borstmotorer finns det ett visst mellanrum mellan magneterna, vilket är reserverat för den mekaniska kommuteringsövergångszonen. Även om det finns ett mellanrum har de flesta tillverkare strikta installationsprocedurer för magneter för att säkerställa installationens noggrannhet för att säkerställa motormagnetens korrekta installationsposition. Om magnetens bredd överskrids kommer den inte att installeras; om magnetens bredd är för liten kommer det att orsaka att magneten blir feljusterad, motorn kommer att vibrera mer och effektiviteten minskar.
3. Inverkan av magnetisk stålfasstorlek och icke-fas
Om avfasningen inte utförs kommer förändringshastigheten för magnetfältet vid kanten av motorns magnetfält att vara stor, vilket orsakar motorns pulsering. Ju större avfasningen är, desto mindre blir vibrationen. Avfasning orsakar dock generellt en viss förlust i magnetflödet. För vissa specifikationer är den magnetiska flödesförlusten 0,5~1,5 % när avfasningen är 0,8 %. För borstmotorer med låg restmagnetism kommer en lämplig minskning av avfasningens storlek att bidra till att kompensera för restmagnetismen, men motorns pulsering kommer att öka. Generellt sett, när restmagnetismen är låg, kan toleransen i längdriktningen ökas på lämpligt sätt, vilket kan öka det effektiva magnetflödet i viss mån och hålla motorns prestanda i princip oförändrad.
3. Anmärkningar om permanentmagnetmotorer
1. Beräkning av magnetisk kretsstruktur och design
För att kunna utnyttja de magnetiska egenskaperna hos olika permanentmagnetmaterial fullt ut, särskilt de utmärkta magnetiska egenskaperna hos permanentmagneter av sällsynta jordartsmetaller, och tillverka kostnadseffektiva permanentmagnetmotorer, är det inte möjligt att bara tillämpa struktur- och designberäkningsmetoderna hos traditionella permanentmagnetmotorer eller elektromagnetiska excitationsmotorer. Nya designkoncept måste etableras för att analysera och förbättra den magnetiska kretsstrukturen. Med den snabba utvecklingen av datorhårdvara och mjukvara, såväl som den kontinuerliga förbättringen av moderna designmetoder såsom numerisk beräkning av elektromagnetiska fält, optimeringsdesign och simuleringsteknik, och genom gemensamma ansträngningar från motorakademiker och ingenjörer, har genombrott gjorts inom designteori, beräkningsmetoder, strukturprocesser och styrteknik för permanentmagnetmotorer, vilket bildar en komplett uppsättning analys- och forskningsmetoder och datorstödd analys- och designprogramvara som kombinerar numerisk beräkning av elektromagnetiska fält och motsvarande analytiska lösningar för magnetiska kretsar, och förbättras kontinuerligt.
2. Irreversibelt avmagnetiseringsproblem
Om konstruktionen eller användningen är felaktig kan permanentmagnetmotorn orsaka irreversibel avmagnetisering, eller avmagnetisering, när temperaturen är för hög (NdFeB permanentmagnet) eller för låg (ferritpermanentmagnet), under ankarreaktion orsakad av stötströmmen, eller under kraftig mekanisk vibration, vilket kommer att minska motorns prestanda och till och med göra den oanvändbar. Därför är det nödvändigt att studera och utveckla metoder och anordningar som är lämpliga för motortillverkare för att kontrollera permanentmagnetmaterialens termiska stabilitet och att analysera anti-avmagnetiseringsförmågan hos olika strukturformer, så att motsvarande åtgärder kan vidtas under konstruktion och tillverkning för att säkerställa att permanentmagnetmotorn inte förlorar magnetism.
3. Kostnadsproblem
Eftersom permanentmagneter av sällsynta jordartsmetaller fortfarande är relativt dyra, är kostnaden för permanentmagnetmotorer av sällsynta jordartsmetaller generellt högre än för elektriska excitationsmotorer, vilket måste kompenseras av deras höga prestanda och besparingar i driftskostnader. I vissa fall, såsom talspolemotorer för datorhårddiskar, förbättrar användningen av permanentmagneter av NdFeB prestandan, minskar volym och massa avsevärt och minskar de totala kostnaderna. Vid design är det nödvändigt att göra en jämförelse av prestanda och pris baserat på specifika användningstillfällen och krav, och att förnya strukturella processer och optimera design för att minska kostnaderna.
Anhui Mingteng permanentmagnetisk elektromekanisk utrustning Co., Ltd. (https://www.mingtengmotor.com/Avmagnetiseringshastigheten för magnetiskt stål i permanentmagnetmotorer är högst en tusendels per år.
Permanentmagnetmaterialet i permanentmagnetmotorrotorn hos vårt företag använder sintrad NdFeB med hög magnetisk energiprodukt och hög inneboende koercitivitet, och de konventionella kvaliteterna är N38SH, N38UH, N40UH, N42UH, etc. Ta N38SH, en vanligt förekommande kvalitet hos vårt företag, som ett exempel: 38- representerar den maximala magnetiska energiprodukten av 38MGOe; SH representerar den maximala temperaturbeständigheten på 150 ℃. UH har en maximal temperaturbeständighet på 180 ℃. Företaget har designat professionella verktyg och styrfixturer för montering av magnetiskt stål och kvalitativt analyserat polariteten hos det monterade magnetiska stålet med rimliga medel, så att det relativa magnetiska flödesvärdet för varje spårmagnetiskt stål är nära, vilket säkerställer symmetrin i den magnetiska kretsen och kvaliteten på monteringen av magnetiskt stål.
Upphovsrätt: Denna artikel är en nytryckning av WeChats publika nummer "dagens motor", den ursprungliga länken https://mp.weixin.qq.com/s/zZn3UsYZeDwicEDwIdsbPg
Denna artikel representerar inte vårt företags åsikter. Om du har andra åsikter eller synpunkter, vänligen rätta oss!
Publiceringstid: 30 augusti 2024