Razvoj motora sa permanentnim magnetima usko je povezan s razvojem materijala sa permanentnim magnetima. Kina je prva zemlja na svijetu koja je otkrila magnetska svojstva materijala sa permanentnim magnetima i primijenila ih u praksi. Prije više od 2.000 godina, Kina je koristila magnetska svojstva materijala sa permanentnim magnetima za izradu kompasa, koji je odigrao ogromnu ulogu u navigaciji, vojsci i drugim oblastima, te je postao jedan od četiri velika izuma drevne Kine.
Prvi motor na svijetu, koji se pojavio 1920-ih, bio je motor s permanentnim magnetima koji je koristio permanentne magnete za generiranje pobudnih magnetskih polja. Međutim, materijal permanentnih magneta koji se tada koristio bio je prirodni magnetit (Fe3O4), koji je imao vrlo nisku gustoću magnetske energije. Motor napravljen od njega bio je velikih dimenzija i ubrzo je zamijenjen električnim pobudnim motorom.
S brzim razvojem raznih motora i izumom trenutnih magnetizatora, ljudi su proveli dubinska istraživanja mehanizma, sastava i tehnologije proizvodnje trajnih magnetskih materijala, te su sukcesivno otkrili razne trajne magnetske materijale kao što su ugljični čelik, volframov čelik (maksimalni magnetski energetski proizvod od oko 2,7 kJ/m3) i kobaltni čelik (maksimalni magnetski energetski proizvod od oko 7,2 kJ/m3).
Posebno, pojava permanentnih magneta od aluminija i nikla kobalta 1930-ih (maksimalni magnetski energetski proizvod može doseći 85 kJ/m3) i feritnih permanentnih magneta 1950-ih (maksimalni magnetski energetski proizvod može doseći 40 kJ/m3) znatno je poboljšala magnetska svojstva, te su razni mikro i mali motori počeli koristiti pobudu permanentnim magnetima. Snaga motora sa permanentnim magnetima kreće se od nekoliko milivata do desetina kilovata. Široko se koriste u vojnoj, industrijskoj i poljoprivrednoj proizvodnji i svakodnevnom životu, a njihova proizvodnja se dramatično povećala.
Shodno tome, tokom ovog perioda, postignuti su prodori u teoriji dizajna, metodama proračuna, magnetizaciji i tehnologiji proizvodnje motora sa permanentnim magnetima, formirajući skup metoda analize i istraživanja predstavljenih metodom dijagrama rada permanentnog magneta. Međutim, koercitivna sila AlNiCo permanentnih magneta je niska (36-160 kA/m), a zaostala magnetska gustina feritnih permanentnih magneta nije visoka (0,2-0,44 T), što ograničava njihov opseg primjene u motorima.
Tek su se 1960-ih i 1980-ih pojavili jedan za drugim permanentni magneti od rijetkih zemalja kobalta i permanentni magneti od neodimijuma, željeza i bora (zajednički nazvani permanentni magneti od rijetkih zemalja). Njihova odlična magnetska svojstva visoke remanentne magnetske gustine, visoke koercitivne sile, visokog magnetskog energetskog proizvoda i linearne krive demagnetizacije posebno su pogodna za proizvodnju motora, čime je razvoj motora sa permanentnim magnetima ušao u novo historijsko razdoblje.
1. Trajni magnetni materijali
Materijali za permanentne magnete koji se obično koriste u motorima uključuju sinterovane magnete i vezane magnete, a glavne vrste su aluminij, nikal, kobalt, ferit, samarij, kobalt, neodimij, željezo, bor itd.
Alnico: Alnico materijal za permanentne magnete jedan je od najranijih široko korištenih materijala za permanentne magnete, a njegov proces pripreme i tehnologija su relativno zreli.
Permanentni ferit: Ferit je počeo cvjetati 1950-ih, posebno 1970-ih, kada je stroncij ferit s dobrom koercitivnošću i magnetskim energetskim performansama pušten u proizvodnju u velikim količinama, brzo proširujući upotrebu permanentnog ferita. Kao nemetalni magnetni materijal, ferit nema nedostatke lake oksidacije, niske Curiejeve temperature i visoke cijene metalnih materijala za permanentne magnete, pa je vrlo popularan.
Samarij kobalt: Materijal s permanentnim magnetom i odličnim magnetskim svojstvima koji se pojavio sredinom 1960-ih i ima vrlo stabilne performanse. Samarij kobalt je posebno pogodan za proizvodnju motora u smislu magnetskih svojstava, ali zbog visoke cijene, uglavnom se koristi u istraživanju i razvoju vojnih motora poput avijacije, vazduhoplovstva i oružja, te motora u visokotehnološkim oblastima gdje visoke performanse i cijena nisu glavni faktor.
NdFeB: NdFeB magnetni materijal je legura neodimija, željeznog oksida itd., poznata i kao magnetni čelik. Ima izuzetno visok magnetni energetski proizvod i koercitivnu silu. Istovremeno, prednosti visoke gustoće energije čine NdFeB trajne magnetne materijale široko korištenim u modernoj industriji i elektroničkoj tehnologiji, omogućavajući minijaturizaciju, olakšavanje i stanjivanje opreme kao što su instrumenti, elektroakustični motori, magnetska separacija i magnetizacija. Budući da sadrži veliku količinu neodimija i željeza, lako hrđa. Površinska hemijska pasivizacija je trenutno jedno od najboljih rješenja.
Otpornost na koroziju, maksimalna radna temperatura, performanse obrade, oblik krivulje demagnetizacije,
i poređenje cijena uobičajeno korištenih materijala s permanentnim magnetima za motore (Slika)
2.Utjecaj oblika i tolerancije magnetskog čelika na performanse motora
1. Utjecaj debljine magnetskog čelika
Kada je unutrašnji ili vanjski magnetski krug fiksiran, zračni zazor se smanjuje, a efektivni magnetski fluks se povećava s povećanjem debljine. Očigledna manifestacija je da se brzina praznog hoda smanjuje, a struja praznog hoda smanjuje pod istim zaostalim magnetizmom, a maksimalna efikasnost motora se povećava. Međutim, postoje i nedostaci, kao što su povećane vibracije komutacije motora i relativno strmija krivulja efikasnosti motora. Stoga, debljina magnetskog čelika motora treba biti što konzistentnija kako bi se smanjile vibracije.
2. Utjecaj širine magnetskog čelika
Za blisko raspoređene magnete motora bez četkica, ukupni kumulativni razmak ne smije prelaziti 0,5 mm. Ako je premalen, motor se neće instalirati. Ako je prevelik, motor će vibrirati i smanjiti efikasnost. To je zato što položaj Hall elementa koji mjeri položaj magneta ne odgovara stvarnom položaju magneta, a širina mora biti konzistentna, u suprotnom će motor imati nisku efikasnost i velike vibracije.
Kod četkiranih motora postoji određeni razmak između magneta, koji je rezervisan za zonu mehaničke komutacije. Iako postoji razmak, većina proizvođača ima stroge procedure ugradnje magneta kako bi se osigurala tačnost instalacije i tačan položaj ugradnje magneta motora. Ako je širina magneta veća, neće biti instaliran; ako je širina magneta premala, to će uzrokovati neusklađenost magneta, motor će više vibrirati i efikasnost će se smanjiti.
3. Utjecaj veličine zakošenih i ne-zakošenih magnetskih čelika
Ako se zakošenje ne uradi, brzina promjene magnetskog polja na rubu magnetskog polja motora bit će velika, što će uzrokovati pulsiranje motora. Što je zakošenje veće, to su vibracije manje. Međutim, zakošenje općenito uzrokuje određeni gubitak magnetskog fluksa. Za neke specifikacije, gubitak magnetskog fluksa je 0,5~1,5% kada je zakošenje 0,8. Kod četkiranih motora s niskim preostalim magnetizmom, odgovarajuće smanjenje veličine zakošenja pomoći će u kompenzaciji zaostalog magnetizma, ali će se pulsiranje motora povećati. Općenito govoreći, kada je preostali magnetizam nizak, tolerancija u smjeru dužine može se odgovarajuće povećati, što može do određene mjere povećati efektivni magnetski fluks i održati performanse motora u osnovi nepromijenjenima.
3. Napomene o motorima sa permanentnim magnetima
1. Proračun strukture i dizajna magnetskog kola
Kako bi se u potpunosti iskoristila magnetska svojstva različitih materijala s permanentnim magnetima, posebno odlična magnetska svojstva permanentnih magneta rijetkih zemalja, te kako bi se proizveli isplativi motori s permanentnim magnetima, nije moguće jednostavno primijeniti metode proračuna strukture i dizajna tradicionalnih motora s permanentnim magnetima ili motora s elektromagnetskom pobudom. Potrebno je uspostaviti nove koncepte dizajna kako bi se ponovno analizirala i poboljšala struktura magnetskog kola. Brzim razvojem računarske hardverske i softverske tehnologije, kao i kontinuiranim poboljšanjem modernih metoda dizajna kao što su numerički proračun elektromagnetskog polja, optimizacijska tehnologija dizajna i simulacije, te zajedničkim naporima akademske i inženjerske zajednice u motornoj industriji, postignuti su prodori u teoriji dizajna, metodama proračuna, strukturnim procesima i tehnologijama upravljanja motorima s permanentnim magnetima, formirajući kompletan set metoda analize i istraživanja te softvera za računalno podržanu analizu i dizajn koji kombinira numerički proračun elektromagnetskog polja i ekvivalentno analitičko rješenje magnetskog kola, te se kontinuirano poboljšava.
2. Problem ireverzibilne demagnetizacije
Ako je dizajn ili upotreba nepravilna, motor sa permanentnim magnetima može izazvati nepovratnu demagnetizaciju ili demagnetizaciju kada je temperatura previsoka (permanentni NdFeB magnet) ili preniska (permanentni feritni magnet), pod reakcijom armature uzrokovanom udarnom strujom ili pod jakim mehaničkim vibracijama, što će smanjiti performanse motora, pa čak i učiniti ga neupotrebljivim. Stoga je potrebno proučavati i razvijati metode i uređaje pogodne za proizvođače motora kako bi provjerili termičku stabilnost materijala sa permanentnim magnetima i analizirali sposobnosti protiv demagnetizacije različitih strukturnih oblika, kako bi se tokom dizajna i proizvodnje mogle poduzeti odgovarajuće mjere kako bi se osiguralo da motor sa permanentnim magnetima ne gubi magnetizam.
3. Pitanja troškova
Budući da su permanentni magneti od rijetkih zemalja i dalje relativno skupi, cijena motora od permanentnih magneta od rijetkih zemalja je uglavnom viša od cijene motora s električnom pobudom, što treba kompenzirati visokim performansama i uštedama u operativnim troškovima. U nekim slučajevima, kao što su motori sa zvučnim zavojnicama za računarske diskovne pogone, upotreba permanentnih NdFeB magneta poboljšava performanse, značajno smanjuje volumen i masu te smanjuje ukupne troškove. Prilikom projektovanja potrebno je napraviti poređenje performansi i cijene na osnovu specifičnih prilika i zahtjeva upotrebe, te inovirati strukturne procese i optimizirati dizajn kako bi se smanjili troškovi.
Anhui Mingteng permanentni magnet elektromehanička oprema Co., Ltd. (https://www.mingtengmotor.com/). Brzina demagnetizacije čelika za magnete motora s permanentnim magnetima nije veća od jedne hiljadite godišnje.
Materijal permanentnog magneta rotora motora sa permanentnim magnetom naše kompanije usvaja sinterovani NdFeB sa visokim magnetnim energetskim produktom i visokom intrinzičnom koercitivnošću, a konvencionalne klase su N38SH, N38UH, N40UH, N42UH, itd. Uzmimo N38SH, često korištenu klasu naše kompanije, kao primjer: 38- predstavlja maksimalni magnetni energetski produkt od 38MGOe; SH predstavlja maksimalnu temperaturnu otpornost od 150℃. UH ima maksimalnu temperaturnu otpornost od 180℃. Kompanija je dizajnirala profesionalne alate i vodilice za montažu magnetnog čelika i kvalitativno analizirala polaritet sastavljenog magnetnog čelika na razumne načine, tako da je relativna vrijednost magnetnog fluksa svakog utora magnetnog čelika bliska, što osigurava simetriju magnetnog kola i kvalitet montaže magnetnog čelika.
Autorska prava: Ovaj članak je ponovni ispis javnog WeChat broja „današnji motor“, originalni link https://mp.weixin.qq.com/s/zZn3UsYZeDwicEDwIdsbPg
Ovaj članak ne predstavlja stavove naše kompanije. Ako imate drugačija mišljenja ili stavove, molimo vas da nas ispravite!
Vrijeme objave: 30. avg. 2024.