Razvoj motorjev s trajnimi magneti je tesno povezan z razvojem materialov s trajnimi magneti. Kitajska je prva država na svetu, ki je odkrila magnetne lastnosti materialov s trajnimi magneti in jih uporabila v praksi. Pred več kot 2000 leti je Kitajska magnetne lastnosti materialov s trajnimi magneti uporabila za izdelavo kompasov, ki so igrali veliko vlogo v navigaciji, vojski in drugih področjih ter postali eden od štirih velikih izumov starodavne Kitajske.
Prvi motor na svetu, ki se je pojavil v dvajsetih letih 20. stoletja, je bil motor s trajnimi magneti, ki je uporabljal trajne magnete za ustvarjanje vzbujevalnih magnetnih polj. Vendar pa je bil takrat uporabljen material za trajne magnete naravni magnetit (Fe3O4), ki je imel zelo nizko gostoto magnetne energije. Motor, izdelan iz njega, je bil velik in ga je kmalu nadomestil električni vzbujevalni motor.
Z naglim razvojem različnih motorjev in izumom trenutnih magnetizatorjev so ljudje izvedli poglobljene raziskave mehanizma, sestave in tehnologije izdelave trajnih magnetnih materialov ter zaporedno odkrili različne trajne magnetne materiale, kot so ogljikovo jeklo, volframovo jeklo (največji magnetni energijski produkt približno 2,7 kJ/m3) in kobaltovo jeklo (največji magnetni energijski produkt približno 7,2 kJ/m3).
Predvsem pojav aluminijevo-nikljevih kobaltovih trajnih magnetov v tridesetih letih prejšnjega stoletja (največji magnetni energijski produkt lahko doseže 85 kJ/m3) in feritnih trajnih magnetov v petdesetih letih prejšnjega stoletja (največji magnetni energijski produkt lahko doseže 40 kJ/m3) je močno izboljšal magnetne lastnosti, različni mikro in majhni motorji pa so začeli uporabljati vzbujanje s trajnimi magneti. Moč motorjev s trajnimi magneti se giblje od nekaj milivatov do deset kilovatov. Široko se uporabljajo v vojaški, industrijski in kmetijski proizvodnji ter vsakdanjem življenju, njihova proizvodnja pa se je močno povečala.
V tem obdobju so bili doseženi preboji v teoriji načrtovanja, računskih metodah, magnetizaciji in tehnologiji izdelave motorjev s trajnimi magneti, kar je oblikovalo niz analitskih in raziskovalnih metod, ki jih predstavlja metoda diagrama delovanja trajnih magnetov. Vendar pa je koercitivna sila trajnih magnetov AlNiCo nizka (36–160 kA/m), preostala magnetna gostota feritnih trajnih magnetov pa ni visoka (0,2–0,44 T), kar omejuje njihovo področje uporabe v motorjih.
Šele v šestdesetih in osemdesetih letih prejšnjega stoletja so se drug za drugim pojavili trajni magneti iz redkih zemeljskih kobaltov in trajni magneti iz neodima, železa in bora (skupaj imenovani trajni magneti iz redkih zemeljskih kovin). Njihove odlične magnetne lastnosti, kot so visoka remanentna magnetna gostota, visoka koercitivna sila, visok magnetni energijski produkt in linearna krivulja razmagnetenja, so še posebej primerne za izdelavo motorjev, s čimer so razvoj motorjev s trajnimi magneti začeli v novo zgodovinsko obdobje.
1. Trajni magnetni materiali
Materiali za trajne magnete, ki se pogosto uporabljajo v motorjih, vključujejo sintrane magnete in vezane magnete, glavne vrste pa so aluminij, nikelj, kobalt, ferit, samarij, kobalt, neodim, železo, bor itd.
Alnico: Alnico material s trajnim magnetom je eden najzgodnejših široko uporabljenih materialov s trajnim magnetom, njegov postopek priprave in tehnologija pa sta relativno zrela.
Trajni ferit: V petdesetih letih prejšnjega stoletja je ferit začel cveteti, zlasti v sedemdesetih letih prejšnjega stoletja, ko je bil v velikih količinah dan v proizvodnjo stroncijev ferit z dobro koercitivnostjo in magnetno energijsko zmogljivostjo, kar je hitro razširilo uporabo trajnega ferita. Kot nekovinski magnetni material ferit nima slabosti lahke oksidacije, nizke Curiejeve temperature in visokih stroškov kovinskih trajnih magnetnih materialov, zato je zelo priljubljen.
Samarij kobalt: Material s trajnim magnetom z odličnimi magnetnimi lastnostmi, ki se je pojavil sredi šestdesetih let prejšnjega stoletja in ima zelo stabilno delovanje. Samarij kobalt je zaradi magnetnih lastnosti še posebej primeren za izdelavo motorjev, vendar se zaradi visoke cene uporablja predvsem pri raziskavah in razvoju vojaških motorjev, kot so letalstvo, vesoljska industrija in orožje, ter motorjev na visokotehnoloških področjih, kjer visoka zmogljivost in cena nista glavni dejavnik.
NdFeB: Magnetni material NdFeB je zlitina neodima, železovega oksida itd., znana tudi kot magnetno jeklo. Ima izjemno visok magnetni energijski produkt in koercitivno silo. Hkrati pa prednosti visoke energijske gostote omogočajo, da se trajni magnetni materiali NdFeB pogosto uporabljajo v sodobni industriji in elektronski tehnologiji, kar omogoča miniaturizacijo, lajšanje in tanjšanje opreme, kot so instrumenti, elektroakustični motorji, magnetna ločitev in magnetizacija. Ker vsebuje veliko količino neodima in železa, zlahka rjavi. Površinska kemična pasivizacija je trenutno ena najboljših rešitev.
Odpornost proti koroziji, najvišja obratovalna temperatura, zmogljivost obdelave, oblika krivulje razmagnetenja,
in primerjava cen pogosto uporabljenih materialov s trajnimi magneti za motorje (slika)
2.Vpliv oblike in tolerance magnetnega jekla na delovanje motorja
1. Vpliv debeline magnetnega jekla
Ko je notranji ali zunanji magnetni krog fiksen, se zračna reža zmanjša in efektivni magnetni pretok se poveča z naraščanjem debeline. Očitna manifestacija je, da se hitrost prostega teka in tok prostega teka zmanjšata pod enakim preostalim magnetizmom, kar poveča največji izkoristek motorja. Vendar pa obstajajo tudi slabosti, kot so povečane komutacijske vibracije motorja in relativno strmejša krivulja izkoristka motorja. Zato mora biti debelina magnetnega jekla motorja čim bolj enakomerna, da se zmanjšajo vibracije.
2. Vpliv širine magnetnega jekla
Pri tesno razporejenih magnetih brezkrtačnih motorjev skupna kumulativna reža ne sme presegati 0,5 mm. Če je premajhna, motor ne bo nameščen. Če je prevelika, bo motor vibriral in zmanjšal učinkovitost. To je zato, ker položaj Hallovega elementa, ki meri položaj magneta, ne ustreza dejanskemu položaju magneta, širina pa mora biti enaka, sicer bo imel motor nizek izkoristek in velike vibracije.
Pri krtačnih motorjih je med magneti določena reža, ki je rezervirana za prehodno območje mehanske komutacije. Čeprav obstaja reža, ima večina proizvajalcev stroge postopke namestitve magnetov, da zagotovijo natančnost namestitve in natančen položaj namestitve magneta motorja. Če je širina magneta večja, ne bo nameščen; če je širina magneta premajhna, bo magnet napačno poravnan, motor bo bolj vibriral in učinkovitost se bo zmanjšala.
3. Vpliv velikosti in neposnetega magnetnega jekla
Če poševnina ni poševna, bo hitrost spremembe magnetnega polja na robu magnetnega polja motorja velika, kar bo povzročilo pulziranje motorja. Večja kot je poševnina, manjše so vibracije. Vendar pa poševnina običajno povzroči določeno izgubo magnetnega pretoka. Pri nekaterih specifikacijah je izguba magnetnega pretoka 0,5–1,5 %, ko je poševnina 0,8. Pri krtačnih motorjih z nizkim preostalim magnetizmom bo ustrezno zmanjšanje velikosti poševnine pomagalo kompenzirati preostali magnetizem, vendar se bo pulziranje motorja povečalo. Na splošno velja, da je pri nizkem preostalim magnetizmu mogoče ustrezno povečati toleranco v dolžinski smeri, kar lahko do določene mere poveča efektivni magnetni pretok in ohrani delovanje motorja v bistvu nespremenjeno.
3. Opombe o motorjih s trajnimi magneti
1. Izračun strukture in zasnove magnetnega vezja
Da bi v celoti izkoristili magnetne lastnosti različnih materialov s trajnimi magneti, zlasti odlične magnetne lastnosti redkih zemeljskih trajnih magnetov, in izdelali stroškovno učinkovite motorje s trajnimi magneti, ni mogoče preprosto uporabiti metod izračuna strukture in zasnove tradicionalnih motorjev s trajnimi magneti ali motorjev z elektromagnetnim vzbujanjem. Za ponovno analizo in izboljšanje strukture magnetnega vezja je treba vzpostaviti nove koncepte zasnove. S hitrim razvojem računalniške strojne in programske opreme ter nenehnim izboljševanjem sodobnih metod načrtovanja, kot so numerični izračun elektromagnetnega polja, optimizacijska zasnova in simulacijska tehnologija, ter s skupnimi prizadevanji akademske in inženirske skupnosti s področja motorjev so bili doseženi preboji v teoriji načrtovanja, metodah izračuna, strukturnih procesih in tehnologijah krmiljenja motorjev s trajnimi magneti, kar je ustvarilo celovit nabor analitskih in raziskovalnih metod ter računalniško podprte programske opreme za analizo in načrtovanje, ki združuje numerični izračun elektromagnetnega polja in analitično rešitev ekvivalentnega magnetnega vezja ter se nenehno izboljšuje.
2. Problem nepovratne demagnetizacije
Če je zasnova ali uporaba nepravilna, lahko motor s trajnim magnetom pri previsoki (trajni magnet NdFeB) ali prenizki temperaturi (feritni trajni magnet), pri reakciji armature, ki jo povzroči udarni tok, ali pri močnih mehanskih vibracijah, povzroči nepovratno demagnetizacijo ali demagnetizacijo, kar bo zmanjšalo zmogljivost motorja in ga celo naredilo neuporabnega. Zato je treba preučiti in razviti metode in naprave, primerne za proizvajalce motorjev, za preverjanje toplotne stabilnosti materialov s trajnimi magneti ter analizirati zmožnosti različnih strukturnih oblik proti demagnetizaciji, da se med načrtovanjem in proizvodnjo sprejmejo ustrezni ukrepi za zagotovitev, da motor s trajnim magnetom ne izgubi magnetizma.
3. Stroški
Ker so trajni magneti iz redkih zemelj še vedno relativno dragi, so stroški motorjev z redkimi zemeljskimi trajnimi magneti običajno višji od stroškov motorjev z električnim vzbujanjem, kar je treba nadomestiti z visoko zmogljivostjo in prihranki pri obratovalnih stroških. V nekaterih primerih, kot so motorji z glasovno tuljavo za računalniške diskovne pogone, uporaba trajnih magnetov NdFeB izboljša zmogljivost, znatno zmanjša prostornino in maso ter zniža skupne stroške. Pri načrtovanju je treba primerjati zmogljivost in ceno glede na specifične primere uporabe in zahteve ter inovirati strukturne procese in optimizirati zasnove za zmanjšanje stroškov.
Anhui Mingteng Permanent Magnet Electromechanical Equipment Co., Ltd. (https://www.mingtengmotor.com/). Stopnja razmagnetitve magnetnega jekla za motorje s trajnimi magneti ni večja od tisočinke na leto.
Material permanentnega magneta rotorja motorja s permanentnim magnetom našega podjetja je sintran NdFeB z visokim magnetnim energijskim produktom in visoko intrinzično koercitivnostjo, običajne kakovosti pa so N38SH, N38UH, N40UH, N42UH itd. Vzemimo za primer N38SH, pogosto uporabljeno vrsto našega podjetja: 38- predstavlja največji magnetni energijski produkt 38MGOe; SH predstavlja največjo temperaturno odpornost 150 ℃. UH ima največjo temperaturno odpornost 180 ℃. Podjetje je zasnovalo profesionalna orodja in vodila za sestavljanje magnetnega jekla ter kvalitativno analiziralo polarnost sestavljenega magnetnega jekla z razumnimi sredstvi, tako da je relativna vrednost magnetnega pretoka vsakega magnetnega jekla v režo blizu, kar zagotavlja simetrijo magnetnega vezja in kakovost sestavljanja magnetnega jekla.
Avtorske pravice: Ta članek je ponatis javne številke WeChat »današnji motor«, izvirna povezava https://mp.weixin.qq.com/s/zZn3UsYZeDwicEDwIdsbPg
Ta članek ne predstavlja stališč našega podjetja. Če imate drugačna mnenja ali poglede, nas prosim popravite!
Čas objave: 30. avg. 2024