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 την κατασκευή πυξίδων, οι οποίες έπαιξαν τεράστιο ρόλο στην πλοήγηση, τον στρατό και άλλους τομείς και έγιναν μία από τις τέσσερις μεγάλες εφευρέσεις της αρχαίας Κίνας.
Ο πρώτος κινητήρας στον κόσμο, ο οποίος εμφανίστηκε τη δεκαετία του 1920, ήταν ένας κινητήρας μόνιμου μαγνήτη που χρησιμοποιούσε μόνιμους μαγνήτες για τη δημιουργία μαγνητικών πεδίων διέγερσης. Ωστόσο, το υλικό μόνιμου μαγνήτη που χρησιμοποιούνταν εκείνη την εποχή ήταν ο φυσικός μαγνητίτης (Fe3O4), ο οποίος είχε πολύ χαμηλή πυκνότητα μαγνητικής ενέργειας. Ο κινητήρας που κατασκευάστηκε από αυτόν ήταν μεγάλος σε μέγεθος και σύντομα αντικαταστάθηκε από τον ηλεκτρικό κινητήρα διέγερσης.
Με την ταχεία ανάπτυξη διαφόρων κινητήρων και την εφεύρεση των σημερινών μαγνητιστών, οι άνθρωποι έχουν διεξάγει εις βάθος έρευνα σχετικά με τον μηχανισμό, τη σύνθεση και την τεχνολογία κατασκευής μόνιμων μαγνητικών υλικών και έχουν ανακαλύψει διαδοχικά μια ποικιλία μόνιμων μαγνητικών υλικών όπως ο χάλυβας άνθρακα, ο χάλυβας βολφραμίου (μέγιστο μαγνητικό ενεργειακό προϊόν περίπου 2,7 kJ/m3) και ο χάλυβας κοβαλτίου (μέγιστο μαγνητικό ενεργειακό προϊόν περίπου 7,2 kJ/m3).
Συγκεκριμένα, η εμφάνιση μόνιμων μαγνητών αλουμινίου-νικελίου-κοβαλτίου τη δεκαετία του 1930 (το μέγιστο μαγνητικό ενεργειακό προϊόν μπορεί να φτάσει τα 85 kJ/m3) και μόνιμων μαγνητών φερρίτη τη δεκαετία του 1950 (το μέγιστο μαγνητικό ενεργειακό προϊόν μπορεί να φτάσει τα 40 kJ/m3) έχει βελτιώσει σημαντικά τις μαγνητικές ιδιότητες και διάφοροι μικροκινητήρες και μικροκινητήρες έχουν αρχίσει να χρησιμοποιούν διέγερση μόνιμου μαγνήτη. Η ισχύς των κινητήρων μόνιμου μαγνήτη κυμαίνεται από μερικά χιλιοστά του βάθρου έως δεκάδες κιλοβάτ. Χρησιμοποιούνται ευρέως στη στρατιωτική, βιομηχανική και γεωργική παραγωγή και στην καθημερινή ζωή και η απόδοσή τους έχει αυξηθεί δραματικά.
Αντίστοιχα, κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου, έχουν σημειωθεί σημαντικές ανακαλύψεις στη θεωρία σχεδιασμού, στις μεθόδους υπολογισμού, στον μαγνήτη και στην τεχνολογία κατασκευής κινητήρων μόνιμου μαγνήτη, διαμορφώνοντας ένα σύνολο μεθόδων ανάλυσης και έρευνας που αντιπροσωπεύονται από τη μέθοδο διαγράμματος εργασίας μόνιμου μαγνήτη. Ωστόσο, η δύναμη απομάστευσης 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 T), γεγονός που περιορίζει το εύρος εφαρμογής τους σε κινητήρες.
Μόλις στις δεκαετίες του 1960 και του 1980 κυκλοφόρησαν ο ένας μετά τον άλλον οι μόνιμοι μαγνήτες κοβαλτίου σπάνιων γαιών και οι μόνιμοι μαγνήτες νεοδυμίου-σιδήρου-βορίου (συλλογικά αναφερόμενοι ως μόνιμοι μαγνήτες σπάνιων γαιών). Οι εξαιρετικές μαγνητικές τους ιδιότητες, όπως η υψηλή παραμένουσα μαγνητική πυκνότητα, η υψηλή δύναμη απομάγνησης, το υψηλό μαγνητικό ενεργειακό γινόμενο και η γραμμική καμπύλη απομαγνήτισης, είναι ιδιαίτερα κατάλληλες για την κατασκευή κινητήρων, εγκαινιάζοντας έτσι την ανάπτυξη κινητήρων μόνιμων μαγνητών σε μια νέα ιστορική περίοδο.
1. Μόνιμα μαγνητικά υλικά
Τα υλικά μόνιμων μαγνητών που χρησιμοποιούνται συνήθως σε κινητήρες περιλαμβάνουν πυροσυσσωματωμένους μαγνήτες και συνδεδεμένους μαγνήτες, οι κύριοι τύποι είναι αλουμίνιο-νικέλιο-κοβάλτιο, φερρίτης, σαμάριο-κοβάλτιο, νεοδύμιο-σίδηρο-βόριο, κ.λπ.
Alnico: Το υλικό μόνιμου μαγνήτη Alnico είναι ένα από τα πρώτα ευρέως χρησιμοποιούμενα υλικά μόνιμου μαγνήτη και η διαδικασία και η τεχνολογία παρασκευής του είναι σχετικά ώριμες.
Μόνιμος φερρίτης: Τη δεκαετία του 1950, ο φερρίτης άρχισε να ακμάζει, ειδικά τη δεκαετία του 1970, όταν ο φερρίτης στροντίου με καλή μαγνητική ικανότητα και απόδοση μαγνητικής ενέργειας τέθηκε σε παραγωγή σε μεγάλες ποσότητες, επεκτείνοντας γρήγορα τη χρήση του μόνιμου φερρίτη. Ως μη μεταλλικό μαγνητικό υλικό, ο φερρίτης δεν έχει τα μειονεκτήματα της εύκολης οξείδωσης, της χαμηλής θερμοκρασίας Κιρί και του υψηλού κόστους των μεταλλικών υλικών μόνιμου μαγνήτη, επομένως είναι πολύ δημοφιλής.
Κοβάλτιο σαμαρίου: Ένα υλικό μόνιμου μαγνήτη με εξαιρετικές μαγνητικές ιδιότητες που εμφανίστηκε στα μέσα της δεκαετίας του 1960 και έχει πολύ σταθερή απόδοση. Το κοβάλτιο σαμαρίου είναι ιδιαίτερα κατάλληλο για την κατασκευή κινητήρων όσον αφορά τις μαγνητικές του ιδιότητες, αλλά λόγω της υψηλής τιμής του, χρησιμοποιείται κυρίως στην έρευνα και ανάπτυξη στρατιωτικών κινητήρων όπως η αεροπορία, η αεροδιαστημική και τα όπλα, καθώς και κινητήρων 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 μαγνητικό ενεργειακό προϊόν και δύναμη απομάστευσης. Ταυτόχρονα, τα πλεονεκτήματα της υψηλής ενεργειακής πυκνότητας καθιστούν τα υλικά μόνιμου μαγνήτη NdFeB ευρέως χρησιμοποιούμενα στη σύγχρονη βιομηχανία και την ηλεκτρονική τεχνολογία, καθιστώντας δυνατή τη σμίκρυνση, το ελαφρύτερο και το λεπτότερο εξοπλισμό, όπως όργανα, ηλεκτροακουστικοί κινητήρες, μαγνητικό διαχωρισμό και μαγνήτιση. Επειδή περιέχει μεγάλη ποσότητα νεοδυμίου και σιδήρου, σκουριάζει εύκολα. Η χημική παθητικοποίηση της επιφάνειας είναι μια από τις καλύτερες λύσεις προς το παρόν.
Αντοχή στη διάβρωση, μέγιστη θερμοκρασία λειτουργίας, απόδοση επεξεργασίας, σχήμα καμπύλης απομαγνήτισης,
και σύγκριση τιμών των συνήθως χρησιμοποιούμενων υλικών μόνιμων μαγνητών για κινητήρες (Σχήμα)
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 ενεργός μαγνητική ροή αυξάνεται όταν αυξάνεται το πάχος. Η προφανής εκδήλωση είναι ότι η ταχύτητα χωρίς φορτίο μειώνεται και το ρεύμα χωρίς φορτίο μειώνεται υπό 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 πρέπει να είναι όσο το δυνατόν πιο σταθερό για τη μείωση των κραδασμών.
2. Επίδραση του πλάτους του μαγνητικού χάλυβα
Για μαγνήτες κινητήρα χωρίς ψήκτρες σε κοντινή απόσταση, το συνολικό αθροιστικό κενό δεν μπορεί να υπερβαίνει τα 0,5 mm. Εάν είναι πολύ μικρό, δεν θα εγκατασταθεί. Εάν είναι πολύ μεγάλο, ο κινητήρας θα δονείται και θα μειώνει 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 τους κινητήρες με ψήκτρες, υπάρχει ένα συγκεκριμένο κενό μεταξύ των μαγνητών, το οποίο προορίζεται για τη ζώνη μετάβασης μηχανικής μεταγωγής. Παρόλο που υπάρχει ένα κενό, οι περισσότεροι κατασκευαστές έχουν αυστηρές διαδικασίες εγκατάστασης μαγνητών για να διασφαλίσουν την ακρίβεια εγκατάστασης, προκειμένου να διασφαλιστεί η ακριβής θέση εγκατάστασης του μαγνήτη του κινητήρα. Εάν το πλάτος του μαγνήτη υπερβαίνει το όριο, 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 μαγνητικής χαλύβδινης λοξοτομής και της μη λοξοτομής
Εάν η λοξοτομή δεν γίνει, ο ρυθμός μεταβολής του μαγνητικού πεδίου στην άκρη του μαγνητικού πεδίου του κινητήρα θα είναι μεγάλος, προκαλώντας τον παλμό του κινητήρα. Όσο μεγαλύτερη είναι η λοξοτομή, τόσο μικρότερη είναι η δόνηση. Ωστόσο, η λοξοτομή γενικά προκαλεί μια ορισμένη απώλεια μαγνητικής ροής. Για ορισμένες προδιαγραφές, η απώλεια μαγνητικής ροής είναι 0,5~1,5% όταν η λοξοτομή είναι 0,8. Για κινητήρες με ψήκτρες με χαμηλό υπολειμματικό μαγνητισμό, η κατάλληλη μείωση του μεγέθους της λοξοτομής θα βοηθήσει στην αντιστάθμιση του υπολειμματικού μαγνητισμού, αλλά ο παλμός του κινητήρα θα αυξηθεί. Γενικά, όταν ο υπολειμματικός μαγνητισμός είναι χαμηλός, η ανοχή στην κατεύθυνση του μήκους μπορεί να διευρυνθεί κατάλληλα, γεγονός που μπορεί να αυξήσει την ενεργό μαγνητική ροή σε κάποιο βαθμό και να διατηρήσει την απόδοση του κινητήρα ουσιαστικά αμετάβλητη.
3. Σημειώσεις για τους κινητήρες μόνιμου μαγνήτη
1. Δομή μαγνητικού κυκλώματος και υπολογισμός σχεδιασμού
Προκειμένου να αξιοποιηθούν πλήρως οι μαγνητικές ιδιότητες διαφόρων υλικών μόνιμου μαγνήτη, ιδιαίτερα οι εξαιρετικές μαγνητικές ιδιότητες των μόνιμων μαγνητών σπάνιων γαιών, και να κατασκευαστούν οικονομικά αποδοτικοί κινητήρες μόνιμου μαγνήτη, δεν είναι δυνατόν να εφαρμοστούν απλώς οι μέθοδοι υπολογισμού δομής και σχεδιασμού των παραδοσιακών κινητήρων μόνιμου μαγνήτη ή των κινητήρων ηλεκτρομαγνητικής διέγερσης. Πρέπει να δημιουργηθούν νέες σχεδιαστικές έννοιες για την επαναανάλυση και βελτίωση της δομής του μαγνητικού κυκλώματος. Με την ταχεία ανάπτυξη της τεχνολογίας υλικού και λογισμικού υπολογιστών, καθώς και 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 και της μηχανικής του κινητήρα, έχουν σημειωθεί σημαντικές ανακαλύψεις στη θεωρία σχεδιασμού, τις μεθόδους υπολογισμού, τις δομικές διαδικασίες και τις τεχνολογίες ελέγχου των κινητήρων μόνιμου μαγνήτη, σχηματίζοντας ένα πλήρες σύνολο μεθόδων ανάλυσης και έρευνας και λογισμικού ανάλυσης και σχεδιασμού με τη βοήθεια υπολογιστή που συνδυάζει τον αριθμητικό υπολογισμό ηλεκτρομαγνητικού πεδίου και την ισοδύναμη αναλυτική λύση μαγνητικού κυκλώματος και βελτιώνεται συνεχώς.
2. Πρόβλημα μη αναστρέψιμης απομαγνήτισης
Εάν ο σχεδιασμός ή η χρήση είναι ακατάλληλη, ο κινητήρας μόνιμου μαγνήτη μπορεί να προκαλέσει μη αναστρέψιμη απομαγνήτιση ή απομαγνήτιση, όταν η θερμοκρασία είναι πολύ υψηλή (μόνιμος μαγνήτης NdFeB) ή πολύ χαμηλή (μόνιμος μαγνήτης φερρίτη), υπό την αντίδραση του οπλισμού που προκαλείται από το ρεύμα κρούσης ή υπό σοβαρούς μηχανικούς κραδασμούς, γεγονός που θα μειώσει την απόδοση του κινητήρα και θα τον καταστήσει ακόμη και άχρηστο. Επομένως, είναι απαραίτητο να μελετηθούν και να αναπτυχθούν μέθοδοι και συσκευές κατάλληλες για τους κατασκευαστές κινητήρων για τον έλεγχο της θερμικής σταθερότητας των υλικών μόνιμου μαγνήτη και για την ανάλυση των ικανοτήτων αντι-απομαγνήτισης διαφόρων δομικών μορφών, ώστε να μπορούν να ληφθούν αντίστοιχα μέτρα κατά τον σχεδιασμό και την κατασκευή για να διασφαλιστεί ότι ο κινητήρας μόνιμου μαγνήτη δεν θα χάσει τον μαγνητισμό του.
3. Ζητήματα κόστους
Δεδομένου ότι οι μόνιμοι μαγνήτες σπάνιων γαιών εξακολουθούν να είναι σχετικά ακριβοί, το κόστος των κινητήρων μόνιμων μαγνητών σπάνιων γαιών είναι γενικά υψηλότερο από αυτό των ηλεκτρικών κινητήρων διέγερσης, κάτι που πρέπει να αντισταθμίζεται από την υψηλή απόδοση και την εξοικονόμηση λειτουργικού κόστους. Σε ορισμένες περιπτώσεις, όπως στους κινητήρες φωνητικού πηνίου 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 γίνεται σύγκριση της απόδοσης και της τιμής με βάση συγκεκριμένες περιπτώσεις χρήσης και απαιτήσεις, και να καινοτομούνται οι δομικές διαδικασίες και να βελτιστοποιούνται τα σχέδια για τη μείωση του κόστους.
Anhui Mingteng Μόνιμος Μαγνήτης Ηλεκτρομηχανολογικού Εξοπλισμού Co., Ltd. (https://www.mingtengmotor.com/). Ο ρυθμός απομαγνήτισης του μαγνητικού χάλυβα με κινητήρα μόνιμου μαγνήτη δεν υπερβαίνει το ένα χιλιοστό ετησίως.
Το υλικό μόνιμου μαγνήτη του ρότορα κινητήρα μόνιμου μαγνήτη της εταιρείας μας υιοθετεί υψηλό μαγνητικό ενεργειακό γινόμενο και υψηλή εγγενή συνεκτικότητα από πυροσυσσωματωμένο NdFeB, και οι συμβατικές ποιότητες είναι N38SH, N38UH, N40UH, N42UH, κ.λπ. Πάρτε για παράδειγμα το N38SH, μια συνήθως χρησιμοποιούμενη ποιότητα της εταιρείας μας: το 38- αντιπροσωπεύει το μέγιστο μαγνητικό ενεργειακό γινόμενο του 38MGOe. Το SH αντιπροσωπεύει τη μέγιστη αντίσταση θερμοκρασίας 150℃. Το UH έχει μέγιστη αντίσταση θερμοκρασίας 180℃. Η εταιρεία έχει σχεδιάσει επαγγελματικά εργαλεία και οδηγούς για συναρμολόγηση μαγνητικού χάλυβα και έχει αναλύσει ποιοτικά την πολικότητα του συναρμολογημένου μαγνητικού χάλυβα με εύλογα μέσα, έτσι ώστε η σχετική τιμή μαγνητικής ροής κάθε μαγνητικού χάλυβα εγκοπής να είναι κοντά, γεγονός που διασφαλίζει τη συμμετρία του μαγνητικού κυκλώματος και την ποιότητα της συναρμολόγησης μαγνητικού χάλυβα.
Πνευματικά δικαιώματα: Αυτό το άρθρο είναι μια ανατύπωση του δημόσιου αριθμού WeChat "today's motor", ο αρχικός σύνδεσμος https://mp.weixin.qq.com/s/zZn3UsYZeDwicEDwIdsbPg
Αυτό το άρθρο δεν αντιπροσωπεύει τις απόψεις της εταιρείας μας. Εάν έχετε διαφορετικές γνώμες ή απόψεις, παρακαλούμε διορθώστε μας!
Ώρα δημοσίευσης: 30 Αυγούστου 2024