Vývoj motorů s permanentními magnety úzce souvisí s vývojem materiálů s permanentními magnety. Čína je první zemí na světě, která objevila magnetické vlastnosti materiálů s permanentními magnety a aplikovala je v praxi. Před více než 2 000 lety Čína využila magnetických vlastností materiálů s permanentními magnety k výrobě kompasů, které hrály obrovskou roli v navigaci, vojenství a dalších oblastech a staly se jedním ze čtyř největších vynálezů starověké Číny.
První motor na světě, který se objevil ve 20. letech 20. století, byl motor s permanentními magnety, který využíval permanentní magnety k generování budicích magnetických polí. Materiálem permanentních magnetů však v té době byl přírodní magnetit (Fe3O4), který měl velmi nízkou hustotu magnetické energie. Motor z něj vyrobený měl velké rozměry a brzy byl nahrazen motorem s elektrickým budicím motorem.
S rychlým vývojem různých motorů a vynálezem současných magnetizátorů lidé provedli hloubkový výzkum mechanismu, složení a technologie výroby permanentních magnetických materiálů a postupně objevili řadu permanentních magnetických materiálů, jako je uhlíková ocel, wolframová ocel (maximální magnetický energetický produkt asi 2,7 kJ/m3) a kobaltová ocel (maximální magnetický energetický produkt asi 7,2 kJ/m3).
Zejména výskyt permanentních magnetů z hliníku, niklu a kobaltu ve 30. letech 20. století (maximální magnetický energetický produkt může dosáhnout 85 kJ/m3) a feritových permanentních magnetů v 50. letech 20. století (maximální magnetický energetický produkt může dosáhnout 40 kJ/m3) výrazně zlepšil magnetické vlastnosti a různé mikro a malé motory začaly používat buzení permanentními magnety. Výkon motorů s permanentními magnety se pohybuje od několika miliwattů do desítek kilowattů. Jsou široce používány ve vojenské, průmyslové a zemědělské výrobě a v každodenním životě a jejich výkon se dramaticky zvýšil.
V tomto období došlo k průlomům v teorii konstrukce, výpočtových metodách, magnetizaci a výrobní technologii motorů s permanentními magnety, což vytvořilo soubor analytických a výzkumných metod reprezentovaných metodou pracovního diagramu permanentního magnetu. Koercitivní síla permanentních magnetů AlNiCo je však nízká (36–160 kA/m) a zbytková magnetická hustota feritových permanentních magnetů není vysoká (0,2–0,44 T), což omezuje jejich rozsah použití v motorech.
Až v 60. a 80. letech 20. století se jeden po druhém objevily permanentní magnety z kobaltu vzácných zemin a permanentní magnety z neodymu, železa a bóru (souhrnně označované jako permanentní magnety vzácných zemin). Jejich vynikající magnetické vlastnosti, jako je vysoká remanentní magnetická hustota, vysoká koercitivní síla, vysoký energetický součin magnetů a lineární demagnetizační křivka, jsou obzvláště vhodné pro výrobu motorů, čímž se vývoj motorů s permanentními magnety dostává do nového historického období.
1. Permanentní magnetické materiály
Mezi materiály permanentních magnetů běžně používané v motorech patří slinuté magnety a vázané magnety, hlavními typy jsou hliník, nikl, kobalt, ferit, samarium, kobalt, neodym, železo, bór atd.
Alnico: Alnico permanentní magnetický materiál je jedním z prvních široce používaných materiálů s permanentními magnety a jeho proces výroby a technologie jsou relativně vyspělé.
Permanentní ferit: V 50. letech 20. století se ferit začal rozvíjet, zejména v 70. letech 20. století, kdy se ve velkém množství začal vyrábět stronciový ferit s dobrou koercitivitou a magnetickým výkonem, což rychle rozšířilo použití permanentního feritu. Jako nekovový magnetický materiál nemá ferit nevýhody snadné oxidace, nízké Curieovy teploty a vysoké ceny kovových permanentních magnetických materiálů, takže je velmi oblíbený.
Samarium-kobalt: Permanentní magnetický materiál s vynikajícími magnetickými vlastnostmi, který se objevil v polovině 60. let 20. století a má velmi stabilní výkon. Samarium-kobalt je z hlediska magnetických vlastností obzvláště vhodný pro výrobu motorů, ale kvůli své vysoké ceně se používá hlavně ve výzkumu a vývoji vojenských motorů, jako je letectví, kosmonautika a zbraně, a motorů v high-tech oblastech, kde vysoký výkon a cena nejsou hlavním faktorem.
NdFeB: Magnetický materiál NdFeB je slitina neodymu, oxidu železa atd., známá také jako magnetická ocel. Má extrémně vysoký magnetický energetický produkt a koercitivní sílu. Zároveň díky výhodám vysoké hustoty energie se permanentní magnetické materiály NdFeB široce používají v moderním průmyslu a elektronických technologiích, což umožňuje miniaturizaci, odlehčení a ztenčení zařízení, jako jsou přístroje, elektroakustické motory, magnetická separace a magnetizace. Protože obsahuje velké množství neodymu a železa, snadno rezaví. Povrchová chemická pasivace je v současnosti jedním z nejlepších řešení.
Odolnost proti korozi, maximální provozní teplota, výkon zpracování, tvar demagnetizační křivky,
a srovnání cen běžně používaných materiálů s permanentními magnety pro motory (obrázek)
2.Vliv tvaru a tolerance magnetické oceli na výkon motoru
1. Vliv tloušťky magnetické oceli
Pokud je vnitřní nebo vnější magnetický obvod pevný, vzduchová mezera se zmenšuje a efektivní magnetický tok se zvyšuje se zvětšující se tloušťkou. Zřejmým projevem je, že se při stejném zbytkovém magnetismu snižují otáčky naprázdno a proud naprázdno, což vede k zvýšení maximální účinnosti motoru. Existují však i nevýhody, jako jsou zvýšené komutační vibrace motoru a relativně strmější křivka účinnosti motoru. Proto by tloušťka magnetické oceli motoru měla být co nejkonzistentnější, aby se snížily vibrace.
2. Vliv šířky magnetické oceli
U těsně rozmístěných magnetů bezkartáčových motorů nesmí celková kumulativní mezera překročit 0,5 mm. Pokud je příliš malá, nebude motor nainstalován. Pokud je příliš velká, bude motor vibrovat a sníží se jeho účinnost. Je to proto, že poloha Hallova prvku, který měří polohu magnetu, neodpovídá skutečné poloze magnetu a šířka musí být konzistentní, jinak bude mít motor nízkou účinnost a velké vibrace.
U kartáčových motorů je mezi magnety určitá mezera, která je vyhrazena pro přechodovou zónu mechanické komutace. Přestože mezera existuje, většina výrobců má přísné postupy instalace magnetů, aby byla zajištěna přesnost instalace a správná instalační poloha magnetu motoru. Pokud je šířka magnetu větší, nebude nainstalován; pokud je šířka magnetu příliš malá, způsobí to špatné vyrovnání magnetu, motor bude více vibrovat a účinnost se sníží.
3. Vliv velikosti zkosení magnetické oceli a nezkosení
Pokud se zkosení neprovede, bude rychlost změny magnetického pole na okraji magnetického pole motoru velká, což způsobí pulzaci motoru. Čím větší je zkosení, tím menší jsou vibrace. Zkosení však obecně způsobuje určitou ztrátu magnetického toku. U některých specifikací je ztráta magnetického toku 0,5~1,5 %, pokud je zkosení 0,8. U kartáčových motorů s nízkým zbytkovým magnetismem pomůže vhodné zmenšení velikosti zkosení kompenzovat zbytkový magnetismus, ale pulzace motoru se zvýší. Obecně řečeno, když je zbytkový magnetismus nízký, lze toleranci ve směru délky vhodně zvětšit, což může do určité míry zvýšit efektivní magnetický tok a udržet výkon motoru v podstatě nezměněn.
3. Poznámky k motorům s permanentními magnety
1. Výpočet struktury a návrhu magnetického obvodu
Aby bylo možné plně využít magnetické vlastnosti různých materiálů s permanentními magnety, zejména vynikající magnetické vlastnosti permanentních magnetů ze vzácných zemin, a vyrábět cenově efektivní motory s permanentními magnety, není možné jednoduše aplikovat metody výpočtu struktury a návrhu tradičních motorů s permanentními magnety nebo motorů s elektromagnetickým buzením. Je nutné vytvořit nové konstrukční koncepty, které by znovu analyzovaly a zlepšily strukturu magnetického obvodu. S rychlým rozvojem počítačového hardwaru a softwaru a neustálým zdokonalováním moderních konstrukčních metod, jako je numerický výpočet elektromagnetického pole, optimalizační návrh a simulační technologie, a díky společnému úsilí akademické a inženýrské komunity v oblasti motorů došlo k průlomům v teorii návrhu, výpočtových metodách, strukturálních procesech a technologiích řízení motorů s permanentními magnety, čímž vznikla kompletní sada analytických a výzkumných metod a počítačem podporovaného analytického a konstrukčního softwaru, který kombinuje numerický výpočet elektromagnetického pole a analytické řešení ekvivalentního magnetického obvodu a je neustále zdokonalován.
2. Problém nevratné demagnetizace
Pokud je konstrukce nebo použití nesprávné, může motor s permanentními magnety při příliš vysoké (permanentní magnet NdFeB) nebo příliš nízké teplotě (permanentní magnet z feritu), při reakci kotvy způsobené nárazovým proudem nebo při silných mechanických vibracích dojít k nevratné demagnetizaci nebo demagnetizaci, což sníží výkon motoru a dokonce ho učiní nepoužitelným. Proto je nutné studovat a vyvíjet metody a zařízení vhodné pro výrobce motorů ke kontrole tepelné stability materiálů s permanentními magnety a analyzovat antidemagnetizační schopnosti různých konstrukčních forem, aby bylo možné během návrhu a výroby přijmout odpovídající opatření, která zajistí, že motor s permanentními magnety neztratí magnetismus.
3. Problémy s náklady
Vzhledem k tomu, že permanentní magnety ze vzácných zemin jsou stále relativně drahé, jsou náklady na motory s permanentními magnety ze vzácných zemin obecně vyšší než u motorů s elektrickým budičem, což je třeba kompenzovat vysokým výkonem a úsporami provozních nákladů. V některých případech, například u motorů s kmitací cívkou pro diskové mechaniky počítačů, použití permanentních magnetů NdFeB zlepšuje výkon, výrazně snižuje objem a hmotnost a snižuje celkové náklady. Při návrhu je nutné porovnat výkon a cenu na základě konkrétních případů použití a požadavků a inovovat konstrukční procesy a optimalizovat návrhy za účelem snížení nákladů.
Anhui Mingteng Permanent Magnet Electromechanical Equipment Co., Ltd. (https://www.mingtengmotor.com/). Míra demagnetizace magnetické oceli motoru s permanentními magnety není vyšší než jedna tisícina za rok.
Materiál permanentních magnetů rotoru motoru s permanentními magnety naší společnosti využívá slinutý NdFeB s vysokým magnetickým energetickým součinem a vysokou vnitřní koercitivitou. Konvenční jakosti jsou N38SH, N38UH, N40UH, N42UH atd. Jako příklad si vezměme N38SH, běžně používanou jakost naší společnosti: 38- představuje maximální magnetický energetický součin 38MGOe; SH představuje maximální teplotní odolnost 150 °C. UH má maximální teplotní odolnost 180 °C. Společnost navrhla profesionální nástroje a vodicí přípravky pro montáž magnetické oceli a kvalitativně analyzovala polaritu sestavené magnetické oceli s rozumnými prostředky, takže hodnota relativního magnetického toku každé drážky magnetické oceli je blízká, což zajišťuje symetrii magnetického obvodu a kvalitu sestavy magnetické oceli.
Autorská práva: Tento článek je reprintem veřejného čísla WeChatu „today's motor“, původní odkaz https://mp.weixin.qq.com/s/zZn3UsYZeDwicEDwIdsbPg
Tento článek nereprezentuje názory naší společnosti. Pokud máte jiné názory nebo postoje, opravte nás prosím!
Čas zveřejnění: 30. srpna 2024