Η ανάπτυξη κινητήρων μόνιμου μαγνήτη συνδέεται στενά με την ανάπτυξη υλικών μόνιμου μαγνήτη. Η Κίνα είναι η πρώτη χώρα στον κόσμο που ανακάλυψε τις μαγνητικές ιδιότητες των υλικών μόνιμου μαγνήτη και τις εφάρμοσε στην πράξη. Πριν από περισσότερα από 2.000 χρόνια, η Κίνα χρησιμοποίησε τις μαγνητικές ιδιότητες των υλικών μόνιμου μαγνήτη για να κατασκευάσει πυξίδες, οι οποίες έπαιξαν τεράστιο ρόλο στη ναυσιπλοΐα, τον στρατιωτικό και άλλους τομείς και έγιναν μία από τις τέσσερις μεγάλες εφευρέσεις της αρχαίας Κίνας.
Ο πρώτος κινητήρας στον κόσμο, που εμφανίστηκε τη δεκαετία του 1920, ήταν ένας κινητήρας μόνιμου μαγνήτη που χρησιμοποιούσε μόνιμους μαγνήτες για να δημιουργήσει μαγνητικά πεδία διέγερσης. Ωστόσο, το υλικό μόνιμου μαγνήτη που χρησιμοποιήθηκε εκείνη την εποχή ήταν ο φυσικός μαγνητίτης (Fe3O4), ο οποίος είχε πολύ χαμηλή πυκνότητα μαγνητικής ενέργειας. Ο κινητήρας που κατασκευάστηκε από αυτό ήταν μεγάλος σε μέγεθος και σύντομα αντικαταστάθηκε από τον ηλεκτροκινητήρα διέγερσης.
Με την ταχεία ανάπτυξη διάφορων κινητήρων και την εφεύρεση των μαγνητιστών ρεύματος, οι άνθρωποι διεξήγαγαν σε βάθος έρευνα σχετικά με τον μηχανισμό, τη σύνθεση και την τεχνολογία κατασκευής μόνιμων μαγνητικών υλικών και ανακάλυψαν διαδοχικά μια ποικιλία μόνιμων μαγνητικών υλικών όπως ανθρακούχο χάλυβα, βολφράμιο χάλυβας (μέγιστο προϊόν μαγνητικής ενέργειας περίπου 2,7 kJ/m3) και χάλυβας κοβαλτίου (μέγιστο προϊόν μαγνητικής ενέργειας περίπου 7,2 kJ/m3).
Συγκεκριμένα, η εμφάνιση μόνιμων μαγνητών αλουμινίου νικελίου κοβαλτίου στη δεκαετία του 1930 (το μέγιστο προϊόν μαγνητικής ενέργειας μπορεί να φτάσει τα 85 kJ/m3) και των μόνιμων μαγνητών φερρίτη τη δεκαετία του 1950 (το προϊόν μέγιστης μαγνητικής ενέργειας μπορεί να φτάσει τα 40 kJ/m3) βελτίωσαν σημαντικά τις μαγνητικές ιδιότητες και διάφοροι μικροκινητήρες και μικροί κινητήρες έχουν αρχίσει να χρησιμοποιούν διέγερση μόνιμου μαγνήτη. Η ισχύς των κινητήρων μόνιμου μαγνήτη κυμαίνεται από μερικά milliwatts έως δεκάδες κιλοβάτ. Χρησιμοποιούνται ευρέως στη στρατιωτική, βιομηχανική και αγροτική παραγωγή και στην καθημερινή ζωή και η παραγωγή τους έχει αυξηθεί δραματικά.
Αντίστοιχα, κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου, έχουν γίνει καινοτομίες στη θεωρία σχεδιασμού, τις μεθόδους υπολογισμού, τη μαγνήτιση και την τεχνολογία κατασκευής κινητήρων μόνιμου μαγνήτη, σχηματίζοντας ένα σύνολο μεθόδων ανάλυσης και έρευνας που αντιπροσωπεύονται από τη μέθοδο του διαγράμματος εργασίας μόνιμου μαγνήτη. Ωστόσο, η δύναμη καταναγκασμού των μόνιμων μαγνητών AlNiCo είναι χαμηλή (36-160 kA/m) και η παραμένουσα μαγνητική πυκνότητα των μόνιμων μαγνητών φερρίτη δεν είναι υψηλή (0,2-0,44 Τ), γεγονός που περιορίζει το εύρος εφαρμογής τους στους κινητήρες.
Μόλις τις δεκαετίες του 1960 και του 1980, οι μόνιμοι μαγνήτες κοβαλτίου από σπάνιες γαίες και οι μόνιμοι μαγνήτες από νεοδυμικό σίδηρο βόριο (συλλογικά αναφερόμενοι ως μόνιμοι μαγνήτες σπάνιων γαιών) βγήκαν ο ένας μετά τον άλλο. Οι εξαιρετικές μαγνητικές τους ιδιότητες της υψηλής παραμένουσας μαγνητικής πυκνότητας, της υψηλής καταναγκαστικής δύναμης, του προϊόντος υψηλής μαγνητικής ενέργειας και της καμπύλης γραμμικής απομαγνήτισης είναι ιδιαίτερα κατάλληλες για την κατασκευή κινητήρων, οδηγώντας έτσι την ανάπτυξη των κινητήρων μόνιμου μαγνήτη σε μια νέα ιστορική περίοδο.
1.Μόνιμα μαγνητικά υλικά
Τα υλικά μόνιμου μαγνήτη που χρησιμοποιούνται συνήθως σε κινητήρες περιλαμβάνουν πυροσυσσωματωμένους μαγνήτες και συγκολλημένους μαγνήτες, οι κύριοι τύποι είναι το κοβάλτιο νικελίου αλουμινίου, ο φερρίτης, το κοβάλτιο σαμάριου, το βόριο σιδήρου νεοδυμίου κ.λπ.
Alnico: Το υλικό μόνιμου μαγνήτη Alnico είναι ένα από τα πρώτα ευρέως χρησιμοποιούμενα υλικά μόνιμου μαγνήτη και η διαδικασία προετοιμασίας και η τεχνολογία του είναι σχετικά ώριμες.
Μόνιμος φερρίτης: Στη δεκαετία του 1950, ο φερρίτης άρχισε να ευδοκιμεί, ειδικά στη δεκαετία του 1970, όταν φερρίτης στροντίου με καλή καταναγκαστική ικανότητα και απόδοση μαγνητικής ενέργειας τέθηκε σε παραγωγή σε μεγάλες ποσότητες, επεκτείνοντας γρήγορα τη χρήση μόνιμου φερρίτη. Ως μη μεταλλικό μαγνητικό υλικό, ο φερρίτης δεν έχει τα μειονεκτήματα της εύκολης οξείδωσης, της χαμηλής θερμοκρασίας Curie και του υψηλού κόστους των μεταλλικών υλικών μόνιμου μαγνήτη, επομένως είναι πολύ δημοφιλής.
Κοβάλτιο Σαμάριου: Ένα υλικό μόνιμου μαγνήτη με εξαιρετικές μαγνητικές ιδιότητες που εμφανίστηκε στα μέσα της δεκαετίας του 1960 και έχει πολύ σταθερή απόδοση. Το κοβάλτιο Samarium είναι ιδιαίτερα κατάλληλο για την κατασκευή κινητήρων από άποψη μαγνητικών ιδιοτήτων, αλλά λόγω της υψηλής τιμής του, χρησιμοποιείται κυρίως στην έρευνα και ανάπτυξη στρατιωτικών κινητήρων όπως η αεροπορία, η αεροδιαστημική και τα όπλα, καθώς και κινητήρες σε τομείς υψηλής τεχνολογίας όπου Η υψηλή απόδοση και η τιμή δεν είναι ο κύριος παράγοντας.
NdFeB: Το μαγνητικό υλικό NdFeB είναι ένα κράμα νεοδυμίου, οξειδίου του σιδήρου κ.λπ., γνωστό και ως μαγνητικός χάλυβας. Έχει εξαιρετικά υψηλό προϊόν μαγνητικής ενέργειας και δύναμη καταναγκασμού. Ταυτόχρονα, τα πλεονεκτήματα της υψηλής ενεργειακής πυκνότητας κάνουν τα υλικά μόνιμου μαγνήτη NdFeB να χρησιμοποιούνται ευρέως στη σύγχρονη βιομηχανία και την ηλεκτρονική τεχνολογία, καθιστώντας δυνατή τη σμίκρυνση, το ελαφρύ και το λεπτό εξοπλισμό όπως όργανα, ηλεκτροακουστικοί κινητήρες, μαγνητικός διαχωρισμός και μαγνήτιση. Επειδή περιέχει μεγάλη ποσότητα νεοδυμίου και σιδήρου, σκουριάζει εύκολα. Η επιφανειακή χημική παθητικοποίηση είναι μια από τις καλύτερες λύσεις αυτή τη στιγμή.
Αντοχή στη διάβρωση, μέγιστη θερμοκρασία λειτουργίας, απόδοση επεξεργασίας, σχήμα καμπύλης απομαγνήτισης,
και σύγκριση τιμών των υλικών μόνιμου μαγνήτη που χρησιμοποιούνται συνήθως για κινητήρες (Εικόνα)
2.Η επίδραση του σχήματος και της ανοχής του μαγνητικού χάλυβα στην απόδοση του κινητήρα
1. Επίδραση του πάχους του μαγνητικού χάλυβα
Όταν το εσωτερικό ή το εξωτερικό μαγνητικό κύκλωμα είναι σταθερό, το διάκενο αέρα μειώνεται και η αποτελεσματική μαγνητική ροή αυξάνεται όταν αυξάνεται το πάχος. Η προφανής εκδήλωση είναι ότι η ταχύτητα χωρίς φορτίο μειώνεται και το ρεύμα χωρίς φορτίο μειώνεται κάτω από τον ίδιο υπολειπόμενο μαγνητισμό και η μέγιστη απόδοση του κινητήρα αυξάνεται. Ωστόσο, υπάρχουν και μειονεκτήματα, όπως η αυξημένη δόνηση μεταγωγής του κινητήρα και μια σχετικά πιο απότομη καμπύλη απόδοσης του κινητήρα. Επομένως, το πάχος του μαγνητικού χάλυβα του κινητήρα θα πρέπει να είναι όσο το δυνατόν πιο σταθερό για τη μείωση των κραδασμών.
2.Επίδραση μαγνητικού πλάτους χάλυβα
Για μαγνήτες κινητήρα χωρίς ψήκτρες σε κοντινή απόσταση, το συνολικό αθροιστικό διάκενο δεν μπορεί να υπερβαίνει τα 0,5 mm. Εάν είναι πολύ μικρό, δεν θα εγκατασταθεί. Εάν είναι πολύ μεγάλο, ο κινητήρας θα δονηθεί και θα μειώσει την απόδοση. Αυτό συμβαίνει επειδή η θέση του στοιχείου Hall που μετρά τη θέση του μαγνήτη δεν αντιστοιχεί στην πραγματική θέση του μαγνήτη και το πλάτος πρέπει να είναι σταθερό, διαφορετικά ο κινητήρας θα έχει χαμηλή απόδοση και μεγάλους κραδασμούς.
Για βουρτσισμένους κινητήρες, υπάρχει ένα ορισμένο κενό μεταξύ των μαγνητών, το οποίο προορίζεται για τη ζώνη μετάβασης μηχανικής εναλλαγής. Αν και υπάρχει ένα κενό, οι περισσότεροι κατασκευαστές έχουν αυστηρές διαδικασίες εγκατάστασης μαγνήτη για να εξασφαλίσουν την ακρίβεια εγκατάστασης, προκειμένου να διασφαλίσουν την ακριβή θέση εγκατάστασης του μαγνήτη κινητήρα. Εάν το πλάτος του μαγνήτη υπερβαίνει, δεν θα εγκατασταθεί. Εάν το πλάτος του μαγνήτη είναι πολύ μικρό, θα προκαλέσει κακή ευθυγράμμιση του μαγνήτη, ο κινητήρας θα δονείται περισσότερο και η απόδοση θα μειωθεί.
3.Η επίδραση του μεγέθους της λοξοτομής του μαγνητικού χάλυβα και της μη λοξοτομής
Εάν δεν γίνει η λοξοτομή, ο ρυθμός μεταβολής του μαγνητικού πεδίου στην άκρη του μαγνητικού πεδίου του κινητήρα θα είναι μεγάλος, προκαλώντας παλμό του κινητήρα. Όσο μεγαλύτερη είναι η λοξότμηση, τόσο μικρότερη είναι η δόνηση. Ωστόσο, η λοξοτομή προκαλεί γενικά μια ορισμένη απώλεια στη μαγνητική ροή. Για ορισμένες προδιαγραφές, η απώλεια μαγνητικής ροής είναι 0,5~1,5% όταν η λοξότμηση είναι 0,8. Για βουρτσισμένους κινητήρες με χαμηλό υπολειπόμενο μαγνητισμό, η κατάλληλη μείωση του μεγέθους της λοξοτομής θα βοηθήσει στην αντιστάθμιση του υπολειπόμενου μαγνητισμού, αλλά ο παλμός του κινητήρα θα αυξηθεί. Γενικά, όταν ο υπολειπόμενος μαγνητισμός είναι χαμηλός, η ανοχή στην κατεύθυνση του μήκους μπορεί να διευρυνθεί κατάλληλα, γεγονός που μπορεί να αυξήσει την αποτελεσματική μαγνητική ροή σε κάποιο βαθμό και να διατηρήσει την απόδοση του κινητήρα βασικά αμετάβλητη.
3.Σημειώσεις για κινητήρες μόνιμου μαγνήτη
1. Υπολογισμός δομής και σχεδίασης μαγνητικού κυκλώματος
Προκειμένου να δοθεί πλήρης σημασία στις μαγνητικές ιδιότητες διαφόρων υλικών μόνιμου μαγνήτη, ειδικά οι εξαιρετικές μαγνητικές ιδιότητες των μόνιμων μαγνητών σπάνιων γαιών, και να κατασκευαστούν οικονομικά αποδοτικοί κινητήρες μόνιμου μαγνήτη, δεν είναι δυνατό να εφαρμοστούν απλώς οι μέθοδοι υπολογισμού της δομής και του σχεδιασμού του παραδοσιακοί κινητήρες μόνιμου μαγνήτη ή κινητήρες ηλεκτρομαγνητικής διέγερσης. Πρέπει να δημιουργηθούν νέες ιδέες σχεδιασμού για την εκ νέου ανάλυση και βελτίωση της δομής του μαγνητικού κυκλώματος. Με την ταχεία ανάπτυξη της τεχνολογίας υλικού και λογισμικού υπολογιστών, καθώς και με τη συνεχή βελτίωση των σύγχρονων μεθόδων σχεδιασμού, όπως ο αριθμητικός υπολογισμός ηλεκτρομαγνητικού πεδίου, ο σχεδιασμός βελτιστοποίησης και η τεχνολογία προσομοίωσης, και μέσω των κοινών προσπαθειών της ακαδημαϊκής κοινότητας του κινητήρα και της μηχανικής, έχουν γίνει ανακαλύψεις. κατασκευασμένο στη θεωρία σχεδίασης, τις μεθόδους υπολογισμού, τις δομικές διαδικασίες και τις τεχνολογίες ελέγχου των κινητήρων μόνιμου μαγνήτη, σχηματίζοντας ένα πλήρες σύνολο μεθόδων ανάλυσης και έρευνας και ανάλυσης με τη βοήθεια υπολογιστή και λογισμικό σχεδιασμού που συνδυάζει αριθμητικούς υπολογισμούς ηλεκτρομαγνητικού πεδίου και αναλυτική λύση ισοδύναμου μαγνητικού κυκλώματος και βελτιώνεται συνεχώς.
2. Μη αναστρέψιμο πρόβλημα απομαγνητισμού
Εάν ο σχεδιασμός ή η χρήση είναι ακατάλληλη, ο κινητήρας μόνιμου μαγνήτη μπορεί να προκαλέσει μη αναστρέψιμο απομαγνήτηση ή απομαγνήτιση, όταν η θερμοκρασία είναι πολύ υψηλή (μόνιμος μαγνήτης NdFeB) ή πολύ χαμηλή (μόνιμος μαγνήτης φερρίτη), κάτω από την αντίδραση οπλισμού που προκαλείται από το ρεύμα κρούσης, ή υπό έντονους μηχανικούς κραδασμούς, που θα μειώσουν την απόδοση του κινητήρα και θα τον καταστήσουν άχρηστο. Ως εκ τούτου, είναι απαραίτητο να μελετηθούν και να αναπτυχθούν μέθοδοι και συσκευές κατάλληλες για τους κατασκευαστές κινητήρων να ελέγχουν τη θερμική σταθερότητα των υλικών μόνιμου μαγνήτη και να αναλύουν τις ικανότητες αντι-αμαγνητισμού διαφόρων δομικών μορφών, έτσι ώστε να μπορούν να ληφθούν αντίστοιχα μέτρα κατά το σχεδιασμό και την κατασκευή για να διασφαλιστεί ότι ο κινητήρας μόνιμου μαγνήτη δεν χάνει τον μαγνητισμό.
3.Θέματα κόστους
Δεδομένου ότι οι μόνιμοι μαγνήτες σπάνιων γαιών εξακολουθούν να είναι σχετικά ακριβοί, το κόστος των κινητήρων μόνιμου μαγνήτη σπανίων γαιών είναι γενικά υψηλότερο από αυτό των κινητήρων ηλεκτρικής διέγερσης, το οποίο πρέπει να αντισταθμιστεί από την υψηλή απόδοση και την εξοικονόμηση κόστους λειτουργίας. Σε ορισμένες περιπτώσεις, όπως οι κινητήρες πηνίου φωνής για μονάδες δίσκου υπολογιστών, η χρήση μόνιμων μαγνητών NdFeB βελτιώνει την απόδοση, μειώνει σημαντικά τον όγκο και τη μάζα και μειώνει το συνολικό κόστος. Κατά το σχεδιασμό, είναι απαραίτητο να γίνει σύγκριση απόδοσης και τιμής με βάση συγκεκριμένες περιπτώσεις χρήσης και απαιτήσεις, και να καινοτομήσουμε δομικές διαδικασίες και να βελτιστοποιήσουμε τα σχέδια για τη μείωση του κόστους.
Anhui Mingteng Permanent Magnet Electromechanical Equipment Co., Ltd. (https://www.mingtengmotor.com/). Ο ρυθμός απομαγνήτισης του μαγνητικού χάλυβα κινητήρα μόνιμου μαγνήτη δεν υπερβαίνει το ένα χιλιοστό ετησίως.
Το υλικό μόνιμου μαγνήτη του ρότορα κινητήρα μόνιμου μαγνήτη της εταιρείας μας υιοθετεί προϊόν υψηλής μαγνητικής ενέργειας και υψηλής εσωτερικής καταναγκασμού πυροσυσσωματωμένο NdFeB, και οι συμβατικές ποιότητες είναι N38SH, N38UH, N40UH, N42UH, κ.λπ. Πάρτε το N38SH, μια ευρέως χρησιμοποιούμενη ποιότητα της εταιρείας μας , για παράδειγμα: 38- αντιπροσωπεύει το μέγιστο προϊόν μαγνητικής ενέργειας των 38MGOe. Το SH αντιπροσωπεύει τη μέγιστη αντίσταση θερμοκρασίας 150℃. Το UH έχει μέγιστη αντίσταση θερμοκρασίας 180℃. Η εταιρεία έχει σχεδιάσει επαγγελματικά εξαρτήματα εργαλείων και οδηγών για συναρμολόγηση μαγνητικού χάλυβα και ανέλυσε ποιοτικά την πολικότητα του συναρμολογημένου μαγνητικού χάλυβα με λογικά μέσα, έτσι ώστε η σχετική τιμή μαγνητικής ροής κάθε μαγνητικού χάλυβα σχισμής να είναι κοντά, γεγονός που εξασφαλίζει τη συμμετρία του μαγνητικού κύκλωμα και την ποιότητα της συναρμολόγησης μαγνητικού χάλυβα.
Πνευματικά δικαιώματα: Αυτό το άρθρο είναι μια αναδημοσίευση του δημόσιου αριθμού WeChat "ο σημερινός κινητήρας", ο αρχικός σύνδεσμος https://mp.weixin.qq.com/s/zZn3UsYZeDwicEDwIdsbPg
Αυτό το άρθρο δεν αντιπροσωπεύει τις απόψεις της εταιρείας μας. Αν έχετε διαφορετικές απόψεις ή απόψεις, διορθώστε μας!
Ώρα δημοσίευσης: 30-8-2024