Udviklingen af permanentmagnetmotorer er tæt forbundet med udviklingen af permanentmagnetmaterialer. Kina er det første land i verden, der opdagede de magnetiske egenskaber ved permanentmagnetmaterialer og anvendte dem i praksis. For mere end 2.000 år siden brugte Kina de magnetiske egenskaber ved permanentmagnetmaterialer til at fremstille kompasser, som spillede en stor rolle inden for navigation, militær og andre områder, og blev en af de fire store opfindelser i det gamle Kina.
Verdens første motor, som dukkede op i 1920'erne, var en permanentmagnetmotor, der brugte permanentmagneter til at generere excitationsmagnetfelter. Det permanentmagnetmateriale, der blev brugt på det tidspunkt, var imidlertid naturlig magnetit (Fe3O4), som havde en meget lav magnetisk energitæthed. Motoren, der var lavet af den, var stor i størrelse og blev hurtigt erstattet af den elektriske excitationsmotor.
Med den hurtige udvikling af forskellige motorer og opfindelsen af nuværende magnetisatorer har folk udført dybdegående forskning i mekanismen, sammensætningen og fremstillingsteknologien af permanente magnetiske materialer og har successivt opdaget en række permanente magnetiske materialer såsom kulstofstål, wolframstål (maksimalt magnetisk energiprodukt på ca. 2,7 kJ/m3) og koboltstål (maksimalt magnetisk energiprodukt på ca. 7,2 kJ/m3).
Især fremkomsten af permanente magneter af aluminium, nikkel og kobolt i 1930'erne (maksimal magnetisk energiprodukt kan nå 85 kJ/m3) og permanente magneter af ferrit i 1950'erne (maksimal magnetisk energiprodukt kan nå 40 kJ/m3) har forbedret de magnetiske egenskaber betydeligt, og forskellige mikro- og småmotorer er begyndt at bruge permanentmagnetisk excitation. Effekten af permanentmagnetmotorer varierer fra et par milliwatt til ti kilowatt. De er meget udbredt i militær, industriel og landbrugsproduktion samt i dagligdagen, og deres ydelse er steget dramatisk.
I denne periode er der derfor sket gennembrud inden for designteori, beregningsmetoder, magnetisering og fremstillingsteknologi for permanentmagnetmotorer, hvilket har dannet et sæt af analyse- og forskningsmetoder repræsenteret af permanentmagnet-arbejdsdiagrammetoden. AlNiCo-permanentmagneters koercitive kraft er dog lav (36-160 kA/m), og den remanente magnetiske tæthed af ferritpermanentmagneter er ikke høj (0,2-0,44 T), hvilket begrænser deres anvendelsesområde i motorer.
Det var først i 1960'erne og 1980'erne, at permanentmagneter af sjældne jordarters kobolt og permanentmagneter af neodym jern bor (samlet omtalt som permanentmagneter af sjældne jordarter) kom på markedet efter hinanden. Deres fremragende magnetiske egenskaber med høj remanent magnetisk tæthed, høj koercitiv kraft, højt magnetisk energiprodukt og lineær afmagnetiseringskurve er særligt velegnede til fremstilling af motorer, hvilket indvarslede udviklingen af permanentmagnetmotorer ind i en ny historisk periode.
1. Permanente magnetiske materialer
De permanente magnetmaterialer, der almindeligvis anvendes i motorer, omfatter sintrede magneter og bundne magneter, hovedtyperne er aluminium-nikkel-kobolt, ferrit, samarium-kobolt, neodym-jern-bor osv.
Alnico: Alnico permanentmagnetmateriale er et af de tidligst udbredte permanentmagnetmaterialer, og dets fremstillingsproces og teknologi er relativt moden.
Permanent ferrit: I 1950'erne begyndte ferrit at blomstre, især i 1970'erne, da strontiumferrit med god koercitivitet og magnetisk energiydelse blev sat i produktion i store mængder, hvilket hurtigt udvidede brugen af permanent ferrit. Som et ikke-metallisk magnetisk materiale har ferrit ikke ulemperne ved let oxidation, lav Curie-temperatur og høje omkostninger ved metalpermanentmagnetmaterialer, så det er meget populært.
Samariumkobolt: Et permanentmagnetmateriale med fremragende magnetiske egenskaber, der opstod i midten af 1960'erne og har en meget stabil ydeevne. Samariumkobolt er særligt velegnet til fremstilling af motorer med hensyn til magnetiske egenskaber, men på grund af sin høje pris anvendes det primært i forskning og udvikling af militære motorer såsom luftfart, rumfart og våben samt motorer inden for højteknologiske områder, hvor høj ydeevne og pris ikke er den vigtigste faktor.
NdFeB: NdFeB magnetisk materiale er en legering af neodym, jernoxid osv., også kendt som magnetisk stål. Det har et ekstremt højt magnetisk energiprodukt og koercitiv kraft. Samtidig gør fordelene ved høj energitæthed, at NdFeB permanentmagnetmaterialer er meget udbredt i moderne industri og elektronisk teknologi, hvilket gør det muligt at miniaturisere, lette og tyndere udstyr såsom instrumenter, elektroakustiske motorer, magnetisk separation og magnetisering. Fordi det indeholder en stor mængde neodym og jern, er det let at ruste. Overfladekemisk passivering er en af de bedste løsninger i øjeblikket.
Korrosionsbestandighed, maksimal driftstemperatur, forarbejdningsydelse, demagnetiseringskurveform,
og prissammenligning af almindeligt anvendte permanentmagnetmaterialer til motorer (figur)
2.Indflydelsen af magnetisk ståls form og tolerance på motorens ydeevne
1. Indflydelse af magnetisk ståltykkelse
Når det indre eller ydre magnetiske kredsløb er fast, mindskes luftgabet, og den effektive magnetiske flux øges, når tykkelsen øges. Den åbenlyse manifestation er, at tomgangshastigheden falder, og tomgangsstrømmen falder under den samme restmagnetisme, og motorens maksimale effektivitet øges. Der er dog også ulemper, såsom øget kommutationsvibration i motoren og en relativt stejlere effektivitetskurve for motoren. Derfor bør tykkelsen af motorens magnetiske stål være så ensartet som muligt for at reducere vibrationer.
2. Indflydelse af magnetisk stålbredde
For tæt placerede børsteløse motormagneter må det samlede kumulative mellemrum ikke overstige 0,5 mm. Hvis det er for lille, vil det ikke blive installeret. Hvis det er for stort, vil motoren vibrere og reducere effektiviteten. Dette skyldes, at positionen af Hall-elementet, der måler magnetens position, ikke svarer til magnetens faktiske position, og bredden skal være ensartet, ellers vil motoren have lav effektivitet og store vibrationer.
For børstemotorer er der et vist mellemrum mellem magneterne, som er reserveret til den mekaniske kommuteringsovergangszone. Selvom der er et mellemrum, har de fleste producenter strenge procedurer for magnetinstallation for at sikre installationsnøjagtighed for at sikre motormagnetens nøjagtige installationsposition. Hvis magnetens bredde overskrides, vil den ikke blive installeret; hvis magnetens bredde er for lille, vil det medføre, at magneten bliver forkert justeret, motoren vil vibrere mere, og effektiviteten vil blive reduceret.
3. Indflydelsen af magnetisk stålfasstørrelse og ikke-fas
Hvis affasningen ikke udføres, vil ændringshastigheden af magnetfeltet ved kanten af motorens magnetfelt være stor, hvilket forårsager motorens pulsering. Jo større affasningen er, desto mindre er vibrationen. Affasning forårsager dog generelt et vist tab i magnetisk flux. For nogle specifikationer er det magnetiske fluxtab 0,5~1,5%, når affasningen er 0,8. For børstemotorer med lav restmagnetisme vil en passende reduktion af affasningens størrelse hjælpe med at kompensere for den resterende magnetisme, men motorens pulsering vil stige. Generelt set, når den resterende magnetisme er lav, kan tolerancen i længderetningen forstørres passende, hvilket kan øge den effektive magnetiske flux til en vis grad og holde motorens ydeevne stort set uændret.
3. Bemærkninger om permanentmagnetmotorer
1. Beregning af magnetisk kredsløbsstruktur og design
For at kunne udnytte de magnetiske egenskaber ved forskellige permanentmagnetmaterialer fuldt ud, især de fremragende magnetiske egenskaber ved sjældne jordarters permanentmagneter, og fremstille omkostningseffektive permanentmagnetmotorer, er det ikke muligt blot at anvende struktur- og designberegningsmetoderne fra traditionelle permanentmagnetmotorer eller elektromagnetiske excitationsmotorer. Nye designkoncepter skal etableres for at genanalysere og forbedre den magnetiske kredsløbsstruktur. Med den hurtige udvikling af computerhardware- og softwareteknologi, samt den løbende forbedring af moderne designmetoder såsom numerisk beregning af elektromagnetiske felter, optimeringsdesign og simuleringsteknologi, og gennem en fælles indsats fra motorakademikere og ingeniørmiljøer, er der sket gennembrud inden for designteori, beregningsmetoder, strukturelle processer og kontrolteknologier for permanentmagnetmotorer, hvilket danner et komplet sæt af analyse- og forskningsmetoder samt computerstøttet analyse- og designsoftware, der kombinerer numerisk beregning af elektromagnetiske felter og tilsvarende analytiske løsninger til magnetiske kredsløb, og som løbende forbedres.
2. Problem med irreversibel demagnetisering
Hvis designet eller brugen er forkert, kan permanentmagnetmotoren forårsage irreversibel afmagnetisering, eller demagnetisering, når temperaturen er for høj (NdFeB permanentmagnet) eller for lav (ferrit permanentmagnet), under ankerreaktion forårsaget af slagstrømmen eller under kraftig mekanisk vibration, hvilket vil reducere motorens ydeevne og endda gøre den ubrugelig. Derfor er det nødvendigt at studere og udvikle metoder og anordninger, der er egnede til motorproducenter, for at kontrollere permanentmagnetmaterialers termiske stabilitet og analysere anti-afmagnetiseringsevnen i forskellige strukturformer, så der kan træffes tilsvarende foranstaltninger under design og fremstilling for at sikre, at permanentmagnetmotoren ikke mister magnetisme.
3. Omkostningsproblemer
Da permanentmagneter med sjældne jordarter stadig er relativt dyre, er prisen på permanentmagnetmotorer med sjældne jordarter generelt højere end på elektriske excitationsmotorer, hvilket skal kompenseres af deres høje ydeevne og besparelser i driftsomkostninger. I nogle tilfælde, såsom svingspolemotorer til computerdrev, forbedrer brugen af permanentmagneter med NdFeB ydeevnen, reducerer volumen og masse betydeligt og reducerer de samlede omkostninger. Ved design er det nødvendigt at sammenligne ydeevne og pris baseret på specifikke anvendelsessituationer og krav samt at innovere strukturelle processer og optimere design for at reducere omkostningerne.
Anhui Mingteng Permanent Magnet Elektromekanisk Udstyr Co., Ltd. (https://www.mingtengmotor.com/). Demagnetiseringshastigheden for magnetisk stål til permanentmagnetmotorer er ikke mere end en tusindedel om året.
Permanentmagnetmaterialet i vores virksomheds permanentmagnetmotorrotor anvender sintret NdFeB med et højt magnetisk energiprodukt og høj intrinsisk koercitivitet, og de konventionelle kvaliteter er N38SH, N38UH, N40UH, N42UH osv. Tag N38SH, en almindeligt anvendt kvalitet i vores virksomhed, som et eksempel: 38- repræsenterer det maksimale magnetiske energiprodukt af 38MGOe; SH repræsenterer den maksimale temperaturresistens på 150℃. UH har en maksimal temperaturresistens på 180℃. Virksomheden har designet professionelle værktøjer og føringsbeslag til samling af magnetisk stål og kvalitativt analyseret polariteten af det samlede magnetiske stål med rimelige midler, således at den relative magnetiske fluxværdi for hvert spor af magnetisk stål er tæt, hvilket sikrer symmetrien af det magnetiske kredsløb og kvaliteten af samlingen af magnetisk stål.
Ophavsret: Denne artikel er et genoptryk af WeChats offentlige nummer “dagens motor”, det originale link https://mp.weixin.qq.com/s/zZn3UsYZeDwicEDwIdsbPg
Denne artikel repræsenterer ikke vores virksomheds synspunkter. Hvis du har andre meninger eller synspunkter, bedes du rette os!
Opslagstidspunkt: 30. august 2024