Dezvoltarea motoarelor cu magneți permanenți este strâns legată de dezvoltarea materialelor cu magneți permanenți. China este prima țară din lume care a descoperit proprietățile magnetice ale materialelor cu magneți permanenți și le-a aplicat în practică. În urmă cu mai bine de 2.000 de ani, China a folosit proprietățile magnetice ale materialelor cu magneți permanenți pentru a fabrica busole, care au jucat un rol imens în navigație, armată și alte domenii și au devenit una dintre cele patru mari invenții ale Chinei antice.
Primul motor din lume, apărut în anii 1920, a fost un motor cu magneți permanenți care folosea magneți permanenți pentru a genera câmpuri magnetice de excitație. Cu toate acestea, materialul pentru magneți permanenți utilizat la acea vreme era magnetita naturală (Fe3O4), care avea o densitate de energie magnetică foarte scăzută. Motorul fabricat din aceasta avea dimensiuni mari și a fost în curând înlocuit de motorul electric de excitație.
Odată cu dezvoltarea rapidă a diferitelor motoare și inventarea magnetizatoarelor actuale, oamenii au efectuat cercetări aprofundate asupra mecanismului, compoziției și tehnologiei de fabricație a materialelor magnetice permanente și au descoperit succesiv o varietate de materiale magnetice permanente, cum ar fi oțelul carbon, oțelul tungsten (produs energetic magnetic maxim de aproximativ 2,7 kJ/m3) și oțelul cobalt (produs energetic magnetic maxim de aproximativ 7,2 kJ/m3).
În special, apariția magneților permanenți din aluminiu, nichel și cobalt în anii 1930 (produsul energetic magnetic maxim poate ajunge la 85 kJ/m3) și a magneților permanenți din ferită în anii 1950 (produsul energetic magnetic maxim poate ajunge la 40 kJ/m3) a îmbunătățit considerabil proprietățile magnetice, iar diverse micromotoare și motoare mici au început să utilizeze excitația cu magneți permanenți. Puterea motoarelor cu magneți permanenți variază de la câțiva miliwați la zeci de kilowați. Acestea sunt utilizate pe scară largă în producția militară, industrială și agricolă, precum și în viața de zi cu zi, iar producția lor a crescut dramatic.
În mod corespunzător, în această perioadă, s-au înregistrat progrese în teoria proiectării, metodele de calcul, magnetizarea și tehnologia de fabricație a motoarelor cu magneți permanenți, formând un set de metode de analiză și cercetare reprezentate de metoda diagramei de funcționare a magneților permanenți. Cu toate acestea, forța coercitivă a magneților permanenți AlNiCo este scăzută (36-160 kA/m), iar densitatea magnetică remanentă a magneților permanenți din ferită nu este mare (0,2-0,44 T), ceea ce limitează domeniul lor de aplicare în motoare.
Abia în anii 1960 și 1980 au apărut unul după altul magneții permanenți din pământuri rare, cobalt și neodim, fier și bor (denumiți colectiv magneți permanenți din pământuri rare). Proprietățile lor magnetice excelente, cum ar fi densitatea magnetică remanentă ridicată, forța coercitivă ridicată, produsul energetic magnetic ridicat și curba de demagnetizare liniară, sunt deosebit de potrivite pentru fabricarea motoarelor, inaugurând astfel o nouă perioadă istorică pentru dezvoltarea motoarelor cu magneți permanenți.
1. Materiale magnetice permanente
Materialele pentru magneți permanenți utilizate în mod obișnuit în motoare includ magneți sinterizați și magneți legați, principalele tipuri fiind aluminiu, nichel, cobalt, ferită, samariu, cobalt, neodim, fier, bor etc.
Alnico: Materialul cu magneți permanenți Alnico este unul dintre cele mai vechi materiale cu magneți permanenți utilizate pe scară largă, iar procesul și tehnologia sa de preparare sunt relativ mature.
Ferita permanentă: În anii 1950, ferita a început să înflorească, în special în anii 1970, când ferita de stronțiu cu o coercitivitate bună și performanțe energetice magnetice bune a fost pusă în producție în cantități mari, extinzând rapid utilizarea feritei permanente. Ca material magnetic nemetalic, ferita nu are dezavantajele oxidării ușoare, temperaturii Curie scăzute și costului ridicat al materialelor magnetice permanente metalice, deci este foarte populară.
Samariu-cobalt: Un material magnetic permanent cu proprietăți magnetice excelente, apărut la mijlocul anilor 1960 și cu performanțe foarte stabile. Samariul-cobalt este deosebit de potrivit pentru fabricarea motoarelor din punct de vedere al proprietăților magnetice, dar datorită prețului său ridicat, este utilizat în principal în cercetarea și dezvoltarea motoarelor militare, cum ar fi aviația, industria aerospațială și armamentul, precum și în motoarele din domeniile de înaltă tehnologie, unde performanța ridicată și prețul nu sunt factorul principal.
NdFeB: Materialul magnetic NdFeB este un aliaj de neodim, oxid de fier etc., cunoscut și sub denumirea de oțel magnetic. Are un produs energetic magnetic și o forță coercitivă extrem de mari. În același timp, avantajele densității energetice ridicate fac ca materialele magnetice permanente NdFeB să fie utilizate pe scară largă în industria modernă și tehnologia electronică, permițând miniaturizarea, ușurarea și subțierea echipamentelor precum instrumente, motoare electroacustice, separare magnetică și magnetizare. Deoarece conține o cantitate mare de neodim și fier, este ușor de ruginit. Pasivizarea chimică a suprafeței este una dintre cele mai bune soluții în prezent.
Rezistența la coroziune, temperatura maximă de funcționare, performanța de procesare, forma curbei de demagnetizare,
și comparație a prețurilor materialelor cu magneți permanenți utilizate în mod obișnuit pentru motoare (Figura)
2.Influența formei și toleranței oțelului magnetic asupra performanței motorului
1. Influența grosimii oțelului magnetic
Când circuitul magnetic interior sau exterior este fix, întrefierul scade, iar fluxul magnetic efectiv crește odată cu creșterea grosimii. Manifestarea evidentă este că, sub același magnetism rezidual, turația în gol scade, iar curentul în gol scade, iar eficiența maximă a motorului crește. Cu toate acestea, există și dezavantaje, cum ar fi creșterea vibrațiilor de comutație ale motorului și o curbă de eficiență relativ mai abruptă a motorului. Prin urmare, grosimea oțelului magnetic al motorului trebuie să fie cât mai consistentă posibil pentru a reduce vibrațiile.
2. Influența lățimii oțelului magnetic
Pentru magneții motoarelor fără perii amplasați în zone apropiate, spațiul total cumulativ nu poate depăși 0,5 mm. Dacă este prea mic, nu va fi instalat. Dacă este prea mare, motorul va vibra și va reduce eficiența. Acest lucru se datorează faptului că poziția elementului Hall care măsoară poziția magnetului nu corespunde cu poziția reală a acestuia, iar lățimea trebuie să fie consistentă, altfel motorul va avea o eficiență scăzută și vibrații mari.
Pentru motoarele cu perii, există un anumit spațiu între magneți, care este rezervat zonei de tranziție a comutației mecanice. Deși există un spațiu, majoritatea producătorilor au proceduri stricte de instalare a magneților pentru a asigura precizia instalării și poziția corectă de instalare a magnetului motorului. Dacă lățimea magnetului depășește această valoare, acesta nu va fi instalat; dacă lățimea magnetului este prea mică, magnetul va fi dezaliniat, motorul va vibra mai mult, iar eficiența va fi redusă.
3. Influența dimensiunii teșiturii oțelului magnetic și a neteziturii
Dacă teșitura nu este efectuată, rata de modificare a câmpului magnetic la marginea câmpului magnetic al motorului va fi mare, provocând pulsațiile motorului. Cu cât teșitura este mai mare, cu atât vibrațiile sunt mai mici. Cu toate acestea, teșitura provoacă, în general, o anumită pierdere a fluxului magnetic. Pentru anumite specificații, pierderea fluxului magnetic este de 0,5~1,5% atunci când teșitura este de 0,8. Pentru motoarele cu perii cu magnetism rezidual scăzut, reducerea corespunzătoare a dimensiunii teșiturii va ajuta la compensarea magnetismului rezidual, dar pulsațiile motorului vor crește. În general, atunci când magnetismul rezidual este scăzut, toleranța în direcția lungimii poate fi mărită corespunzător, ceea ce poate crește fluxul magnetic efectiv într-o anumită măsură și poate menține performanța motorului practic neschimbată.
3. Note despre motoarele cu magneți permanenți
1. Structura și calculul proiectării circuitului magnetic
Pentru a valorifica pe deplin proprietățile magnetice ale diferitelor materiale cu magneți permanenți, în special proprietățile magnetice excelente ale magneților permanenți din pământuri rare, și pentru a fabrica motoare cu magneți permanenți rentabile, nu este posibil să se aplice pur și simplu metodele de calcul al structurii și proiectării motoarelor tradiționale cu magneți permanenți sau ale motoarelor cu excitație electromagnetică. Trebuie stabilite noi concepte de proiectare pentru a reanaliza și îmbunătăți structura circuitelor magnetice. Odată cu dezvoltarea rapidă a tehnologiei hardware și software, precum și cu îmbunătățirea continuă a metodelor moderne de proiectare, cum ar fi calculul numeric al câmpului electromagnetic, proiectarea de optimizare și tehnologia de simulare, și prin eforturile comune ale comunităților academice și inginerești din domeniul motoarelor, s-au făcut progrese în teoria proiectării, metodele de calcul, procesele structurale și tehnologiile de control ale motoarelor cu magneți permanenți, formând un set complet de metode de analiză și cercetare și software de analiză și proiectare asistată de calculator care combină calculul numeric al câmpului electromagnetic cu soluția analitică a circuitelor magnetice echivalente și este îmbunătățit continuu.
2. Problema demagnetizării ireversibile
Dacă proiectarea sau utilizarea sunt necorespunzătoare, motorul cu magneți permanenți poate produce o demagnetizare ireversibilă, sau demagnetizare, atunci când temperatura este prea mare (magnet permanent NdFeB) sau prea mică (magnet permanent cu ferită), sub reacția armăturii cauzată de curentul de impact sau sub vibrații mecanice severe, ceea ce va reduce performanța motorului și chiar îl va face inutilizabil. Prin urmare, este necesar să se studieze și să se dezvolte metode și dispozitive adecvate producătorilor de motoare pentru a verifica stabilitatea termică a materialelor cu magneți permanenți și să se analizeze capacitățile anti-demagnetizare ale diferitelor forme structurale, astfel încât să se poată lua măsuri corespunzătoare în timpul proiectării și fabricației pentru a se asigura că motorul cu magneți permanenți nu pierde magnetismul.
3. Probleme legate de costuri
Întrucât magneții permanenți din pământuri rare sunt încă relativ scumpi, costul motoarelor cu magneți permanenți din pământuri rare este în general mai mare decât cel al motoarelor electrice de excitație, ceea ce trebuie compensat prin performanța ridicată și economiile la costurile de operare. În unele cazuri, cum ar fi motoarele cu bobină vocală pentru unitățile de disc ale computerelor, utilizarea magneților permanenți NdFeB îmbunătățește performanța, reduce semnificativ volumul și masa și reduce costurile totale. La proiectare, este necesar să se facă o comparație între performanță și preț pe baza ocaziilor și cerințelor specifice de utilizare și să se inoveze procesele structurale și să se optimizeze designul pentru a reduce costurile.
Anhui Mingteng Echipamente Electromecanice cu Magneți Permanenti Co., Ltd. (https://www.mingtengmotor.com/Rata de demagnetizare a oțelului magnetic pentru motoarele cu magneți permanenți nu este mai mare de o miime pe an.
Materialul magnetic permanent al rotorului motorului cu magnet permanent al companiei noastre adoptă NdFeB sinterizat cu produs energetic magnetic ridicat și coercitivitate intrinsecă ridicată, iar clasele convenționale sunt N38SH, N38UH, N40UH, N42UH etc. Luăm ca exemplu N38SH, o clasă utilizată în mod obișnuit de compania noastră: 38- reprezintă produsul energetic magnetic maxim al 38MGOe; SH reprezintă rezistența maximă la temperatură de 150 ℃. UH are o rezistență maximă la temperatură de 180 ℃. Compania a proiectat scule și dispozitive de ghidare profesionale pentru asamblarea oțelului magnetic și a analizat calitativ polaritatea oțelului magnetic asamblat cu mijloace rezonabile, astfel încât valoarea fluxului magnetic relativ al fiecărui oțel magnetic cu fante să fie apropiată, ceea ce asigură simetria circuitului magnetic și calitatea asamblării oțelului magnetic.
Drepturi de autor: Acest articol este o retipărire a numărului public WeChat „today's motor”, linkul original este https://mp.weixin.qq.com/s/zZn3UsYZeDwicEDwIdsbPg
Acest articol nu reprezintă opiniile companiei noastre. Dacă aveți opinii sau puncte de vedere diferite, vă rugăm să ne corectați!
Data publicării: 30 august 2024