Με την ανάπτυξη υλικών μόνιμων μαγνητών σπάνιων γαιών τη δεκαετία του 1970, δημιουργήθηκαν κινητήρες μόνιμων μαγνητών σπάνιων γαιών. Οι κινητήρες μόνιμων μαγνητών χρησιμοποιούν μόνιμους μαγνήτες σπάνιων γαιών για διέγερση και οι μόνιμοι μαγνήτες μπορούν να δημιουργήσουν μόνιμα μαγνητικά πεδία μετά τη μαγνήτιση. Η απόδοση διέγερσης είναι εξαιρετική και ανώτερη από τους ηλεκτρικούς κινητήρες διέγερσης όσον αφορά τη σταθερότητα, την ποιότητα και τη μείωση των απωλειών, γεγονός που έχει κλονίσει την παραδοσιακή αγορά κινητήρων.

Τα τελευταία χρόνια, με την ταχεία ανάπτυξη της σύγχρονης επιστήμης και τεχνολογίας, η απόδοση και η τεχνολογία των ηλεκτρομαγνητικών υλικών, ιδιαίτερα των ηλεκτρομαγνητικών υλικών σπάνιων γαιών, έχουν βελτιωθεί σταδιακά. Σε συνδυασμό με την ταχεία ανάπτυξη των ηλεκτρονικών ισχύος, της τεχνολογίας μετάδοσης ισχύος και της τεχνολογίας αυτόματου ελέγχου, η απόδοση των σύγχρονων κινητήρων μόνιμου μαγνήτη βελτιώνεται συνεχώς.

Επιπλέον, οι σύγχρονοι κινητήρες μόνιμου μαγνήτη έχουν τα πλεονεκτήματα του ελαφρού βάρους, της απλής δομής, του μικρού μεγέθους, των καλών χαρακτηριστικών και της υψηλής πυκνότητας ισχύος. Πολλά επιστημονικά ερευνητικά ιδρύματα και επιχειρήσεις διεξάγουν ενεργά την έρευνα και την ανάπτυξη σύγχρονων κινητήρων μόνιμου μαγνήτη και οι τομείς εφαρμογής τους θα επεκταθούν περαιτέρω.

1. Βάση ανάπτυξης σύγχρονου κινητήρα μόνιμου μαγνήτη

α. Εφαρμογή υλικών μόνιμων μαγνητών σπάνιων γαιών υψηλής απόδοσης

Τα υλικά μόνιμου μαγνήτη σπάνιων γαιών έχουν περάσει από τρία στάδια: SmCo5, Sm2Co17 και Nd2Fe14B. Σήμερα, τα υλικά μόνιμου μαγνήτη που αντιπροσωπεύονται από το NdFeB έχουν γίνει ο πιο ευρέως χρησιμοποιούμενος τύπος υλικών μόνιμου μαγνήτη σπάνιων γαιών λόγω των εξαιρετικών μαγνητικών ιδιοτήτων τους. Η ανάπτυξη υλικών μόνιμου μαγνήτη έχει οδηγήσει στην ανάπτυξη κινητήρων μόνιμου μαγνήτη.

Σε σύγκριση με τον παραδοσιακό τριφασικό επαγωγικό κινητήρα με ηλεκτρική διέγερση, ο μόνιμος μαγνήτης αντικαθιστά τον πόλο ηλεκτρικής διέγερσης, απλοποιεί τη δομή, εξαλείφει τον δακτύλιο ολίσθησης και τη βούρτσα του ρότορα, επιτυγχάνει τη δομή χωρίς ψήκτρες και μειώνει το μέγεθος του ρότορα. Αυτό βελτιώνει την πυκνότητα ισχύος, την πυκνότητα ροπής και την απόδοση λειτουργίας του κινητήρα, καθιστώντας τον κινητήρα μικρότερο και ελαφρύτερο, επεκτείνοντας περαιτέρω το πεδίο εφαρμογής του και προωθώντας την ανάπτυξη ηλεκτρικών κινητήρων προς υψηλότερη ισχύ.

β. Εφαρμογή της νέας θεωρίας ελέγχου

Τα τελευταία χρόνια, οι αλγόριθμοι ελέγχου έχουν αναπτυχθεί ραγδαία. Μεταξύ αυτών, οι αλγόριθμοι διανυσματικού ελέγχου έχουν λύσει κατ' αρχήν το πρόβλημα της στρατηγικής οδήγησης των κινητήρων AC, καθιστώντας τους κινητήρες AC καλή την απόδοση ελέγχου. Η εμφάνιση του άμεσου ελέγχου ροπής καθιστά τη δομή ελέγχου απλούστερη και έχει τα χαρακτηριστικά ισχυρής απόδοσης κυκλώματος για αλλαγές παραμέτρων και γρήγορη ταχύτητα δυναμικής απόκρισης ροπής. Η τεχνολογία έμμεσου ελέγχου ροπής λύνει το πρόβλημα της μεγάλης παλμικής ροπής της άμεσης ροπής σε χαμηλή ταχύτητα και βελτιώνει την ταχύτητα και την ακρίβεια ελέγχου του κινητήρα.

γ. Εφαρμογή ηλεκτρονικών συσκευών και επεξεργαστών υψηλής απόδοσης

Η σύγχρονη τεχνολογία ηλεκτρονικών ισχύος αποτελεί μια σημαντική διεπαφή μεταξύ της βιομηχανίας πληροφοριών και των παραδοσιακών βιομηχανιών, και μια γέφυρα μεταξύ ασθενούς ρεύματος και ελεγχόμενου ισχυρού ρεύματος. Η ανάπτυξη της τεχνολογίας ηλεκτρονικών ισχύος επιτρέπει την υλοποίηση στρατηγικών ελέγχου κίνησης.

Τη δεκαετία του 1970, εμφανίστηκε μια σειρά από μετατροπείς γενικής χρήσης, οι οποίοι μπορούσαν να μετατρέψουν την ισχύ βιομηχανικής συχνότητας σε ισχύ μεταβλητής συχνότητας με συνεχώς ρυθμιζόμενη συχνότητα, δημιουργώντας έτσι συνθήκες για ρύθμιση της ταχύτητας μεταβλητής συχνότητας της ισχύος εναλλασσόμενου ρεύματος. Αυτοί οι μετατροπείς έχουν δυνατότητα ομαλής εκκίνησης μετά τη ρύθμιση της συχνότητας και η συχνότητα μπορεί να αυξηθεί από το μηδέν στην καθορισμένη συχνότητα με έναν ορισμένο ρυθμό, και ο ρυθμός αύξησης μπορεί να ρυθμιστεί συνεχώς σε ένα ευρύ φάσμα, λύνοντας το πρόβλημα εκκίνησης των σύγχρονων κινητήρων.

2. Κατάσταση ανάπτυξης σύγχρονων κινητήρων μόνιμου μαγνήτη στο εσωτερικό και στο εξωτερικό

Ο πρώτος κινητήρας στην ιστορία ήταν ένας κινητήρας μόνιμου μαγνήτη. Εκείνη την εποχή, η απόδοση των υλικών μόνιμου μαγνήτη ήταν σχετικά χαμηλή και η δύναμη απομάστευσης και η παραμονή των μόνιμων μαγνητών ήταν πολύ χαμηλές, επομένως σύντομα αντικαταστάθηκαν από ηλεκτρικούς κινητήρες διέγερσης.

Τη δεκαετία του 1970, τα υλικά μόνιμου μαγνήτη σπάνιων γαιών που αντιπροσωπεύονται από το NdFeB είχαν μεγάλη δύναμη απομάγνησης, παραμένουσα ισχύ, ισχυρή ικανότητα απομαγνήτισης και μεγάλο μαγνητικό ενεργειακό προϊόν, γεγονός που έκανε τους σύγχρονους κινητήρες μόνιμου μαγνήτη υψηλής ισχύος να εμφανιστούν στην ιστορία. Σήμερα, η έρευνα για τους σύγχρονους κινητήρες μόνιμου μαγνήτη γίνεται όλο και πιο ώριμη και εξελίσσεται προς υψηλή ταχύτητα, υψηλή ροπή, υψηλή ισχύ και υψηλή απόδοση.

Τα τελευταία χρόνια, με την ισχυρή επένδυση εγχώριων μελετητών και της κυβέρνησης, οι σύγχρονοι κινητήρες μόνιμου μαγνήτη έχουν αναπτυχθεί ραγδαία. Με την ανάπτυξη της τεχνολογίας μικροϋπολογιστών και της τεχνολογίας αυτόματου ελέγχου, οι σύγχρονοι κινητήρες μόνιμου μαγνήτη έχουν χρησιμοποιηθεί ευρέως σε διάφορους τομείς. Λόγω της προόδου της κοινωνίας, οι απαιτήσεις των ανθρώπων για σύγχρονους κινητήρες μόνιμου μαγνήτη έχουν γίνει πιο αυστηρές, ωθώντας τους κινητήρες μόνιμου μαγνήτη να αναπτυχθούν προς ένα μεγαλύτερο εύρος ρύθμισης ταχύτητας και έλεγχο υψηλότερης ακρίβειας. Λόγω της βελτίωσης των τρεχουσών διαδικασιών παραγωγής, έχουν αναπτυχθεί περαιτέρω υλικά μόνιμου μαγνήτη υψηλής απόδοσης. Αυτό μειώνει σημαντικά το κόστος τους και σταδιακά εφαρμόζεται σε διάφορους τομείς της ζωής.

3. Σύγχρονη τεχνολογία

α. Τεχνολογία σχεδιασμού σύγχρονου κινητήρα μόνιμου μαγνήτη

Σε σύγκριση με τους συνηθισμένους ηλεκτρικούς κινητήρες διέγερσης, οι σύγχρονοι κινητήρες μόνιμου μαγνήτη δεν διαθέτουν ηλεκτρικές περιελίξεις διέγερσης, δακτυλίους συλλέκτη και ερμάρια διέγερσης, γεγονός που βελτιώνει σημαντικά όχι μόνο τη σταθερότητα και την αξιοπιστία, αλλά και την αποδοτικότητα.

Μεταξύ αυτών, οι ενσωματωμένοι κινητήρες μόνιμου μαγνήτη έχουν τα πλεονεκτήματα της υψηλής απόδοσης, του υψηλού συντελεστή ισχύος, της υψηλής πυκνότητας ισχύος μονάδας, της ισχυρής ικανότητας διαστολής με ασθενή μαγνητική ταχύτητα και της γρήγορης ταχύτητας δυναμικής απόκρισης, καθιστώντας τους ιδανική επιλογή για την κίνηση κινητήρων.

Οι μόνιμοι μαγνήτες παρέχουν ολόκληρο το μαγνητικό πεδίο διέγερσης των κινητήρων μόνιμου μαγνήτη και η ροπή οδοντωτής κίνησης θα αυξήσει τους κραδασμούς και τον θόρυβο του κινητήρα κατά τη λειτουργία. Η υπερβολική ροπή οδοντωτής κίνησης θα επηρεάσει την απόδοση του συστήματος ελέγχου ταχύτητας του κινητήρα σε χαμηλές στροφές και την τοποθέτηση υψηλής ακρίβειας του συστήματος ελέγχου θέσης. Επομένως, κατά το σχεδιασμό του κινητήρα, η ροπή οδοντωτής κίνησης θα πρέπει να μειωθεί όσο το δυνατόν περισσότερο μέσω της βελτιστοποίησης του κινητήρα.

Σύμφωνα με την έρευνα, οι γενικές μέθοδοι για τη μείωση της ροπής οδοντωτής κίνησης περιλαμβάνουν την αλλαγή του συντελεστή τόξου πόλου, τη μείωση του πλάτους της σχισμής του στάτη, την αντιστοίχιση της λοξής σχισμής και της σχισμής πόλου, την αλλαγή της θέσης, του μεγέθους και του σχήματος του μαγνητικού πόλου κ.λπ. Ωστόσο, πρέπει να σημειωθεί ότι κατά τη μείωση της ροπής οδοντωτής κίνησης, μπορεί να επηρεαστούν άλλες επιδόσεις του κινητήρα, όπως η ηλεκτρομαγνητική ροπή που μπορεί να μειωθεί ανάλογα. Επομένως, κατά το σχεδιασμό, διάφοροι παράγοντες θα πρέπει να εξισορροπούνται όσο το δυνατόν περισσότερο για να επιτευχθεί η καλύτερη απόδοση του κινητήρα.

β. Τεχνολογία προσομοίωσης σύγχρονου κινητήρα μόνιμου μαγνήτη

Η παρουσία μόνιμων μαγνητών σε κινητήρες μόνιμου μαγνήτη δυσχεραίνει τους σχεδιαστές να υπολογίσουν παραμέτρους, όπως ο σχεδιασμός του συντελεστή ροής διαρροής άνευ φορτίου και του συντελεστή τόξου πόλων. Γενικά, το λογισμικό ανάλυσης πεπερασμένων στοιχείων χρησιμοποιείται για τον υπολογισμό και τη βελτιστοποίηση των παραμέτρων των κινητήρων μόνιμου μαγνήτη. Το λογισμικό ανάλυσης πεπερασμένων στοιχείων μπορεί να υπολογίσει τις παραμέτρους του κινητήρα με μεγάλη ακρίβεια και είναι πολύ αξιόπιστο στη χρήση του για την ανάλυση της επίδρασης των παραμέτρων του κινητήρα στην απόδοση.

Η μέθοδος υπολογισμού πεπερασμένων στοιχείων καθιστά ευκολότερο, ταχύτερο και ακριβέστερο για εμάς τον υπολογισμό και την ανάλυση του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου των κινητήρων. Πρόκειται για μια αριθμητική μέθοδο που αναπτύχθηκε με βάση τη μέθοδο διαφορών και έχει χρησιμοποιηθεί ευρέως στην επιστήμη και τη μηχανική. Χρησιμοποιήστε μαθηματικές μεθόδους για να διακριτοποιήσετε ορισμένα συνεχόμενα πεδία λύσης σε ομάδες μονάδων και στη συνέχεια να κάνετε παρεμβολή σε κάθε μονάδα. Με αυτόν τον τρόπο, σχηματίζεται μια γραμμική συνάρτηση παρεμβολής, δηλαδή, μια προσεγγιστική συνάρτηση προσομοιώνεται και αναλύεται χρησιμοποιώντας πεπερασμένα στοιχεία, γεγονός που μας επιτρέπει να παρατηρούμε διαισθητικά την κατεύθυνση των γραμμών μαγνητικού πεδίου και την κατανομή της πυκνότητας μαγνητικής ροής μέσα στον κινητήρα.

γ. Τεχνολογία ελέγχου σύγχρονου κινητήρα με μόνιμο μαγνήτη

Η βελτίωση της απόδοσης των συστημάτων κίνησης κινητήρων έχει επίσης μεγάλη σημασία για την ανάπτυξη του βιομηχανικού τομέα ελέγχου. Επιτρέπει στο σύστημα να λειτουργεί με την καλύτερη απόδοση. Τα βασικά χαρακτηριστικά του αντικατοπτρίζονται στη χαμηλή ταχύτητα, ειδικά στην περίπτωση γρήγορης εκκίνησης, στατικής επιτάχυνσης κ.λπ., μπορεί να παράγει μεγάλη ροπή και όταν κινείται με υψηλή ταχύτητα, μπορεί να επιτύχει σταθερό έλεγχο ταχύτητας ισχύος σε ένα ευρύ φάσμα. Ο Πίνακας 1 συγκρίνει την απόδοση αρκετών σημαντικών κινητήρων.

Όπως φαίνεται από τον Πίνακα 1, οι κινητήρες μόνιμου μαγνήτη έχουν καλή αξιοπιστία, ευρύ φάσμα στροφών και υψηλή απόδοση. Εάν συνδυαστούν με την αντίστοιχη μέθοδο ελέγχου, ολόκληρο το σύστημα κινητήρα μπορεί να επιτύχει την καλύτερη απόδοση. Επομένως, είναι απαραίτητο να επιλεγεί ένας κατάλληλος αλγόριθμος ελέγχου για την επίτευξη αποτελεσματικής ρύθμισης της ταχύτητας, έτσι ώστε το σύστημα κίνησης του κινητήρα να μπορεί να λειτουργεί σε μια σχετικά ευρεία περιοχή ρύθμισης ταχύτητας και σε ένα σταθερό εύρος ισχύος.

Η μέθοδος ελέγχου διανύσματος χρησιμοποιείται ευρέως στον αλγόριθμο ελέγχου ταχύτητας κινητήρα μόνιμου μαγνήτη. Έχει τα πλεονεκτήματα του ευρέος εύρους ρύθμισης ταχύτητας, της υψηλής απόδοσης, της υψηλής αξιοπιστίας, της καλής σταθερότητας και των καλών οικονομικών οφελών. Χρησιμοποιείται ευρέως στην κίνηση κινητήρα, στις σιδηροδρομικές μεταφορές και στους σερβομηχανισμούς εργαλειομηχανών. Λόγω των διαφορετικών χρήσεων, η τρέχουσα στρατηγική ελέγχου διανύσματος που υιοθετείται είναι επίσης διαφορετική.

4. Χαρακτηριστικά του σύγχρονου κινητήρα μόνιμου μαγνήτη

Ο σύγχρονος κινητήρας μόνιμου μαγνήτη έχει απλή δομή, χαμηλές απώλειες και υψηλό συντελεστή ισχύος. Σε σύγκριση με τον ηλεκτρικό κινητήρα διέγερσης, επειδή δεν υπάρχουν ψήκτρες, συλλέκτες και άλλες συσκευές, δεν απαιτείται άεργο ρεύμα διέγερσης, επομένως η απώλεια ρεύματος στάτορα και αντίστασης είναι μικρότερη, η απόδοση είναι υψηλότερη, η ροπή διέγερσης είναι μεγαλύτερη και η απόδοση ελέγχου είναι καλύτερη. Ωστόσο, υπάρχουν μειονεκτήματα όπως το υψηλό κόστος και η δυσκολία εκκίνησης. Λόγω της εφαρμογής της τεχνολογίας ελέγχου στους κινητήρες, ειδικά της εφαρμογής συστημάτων ελέγχου διανύσματος, οι σύγχρονοι κινητήρες μόνιμου μαγνήτη μπορούν να επιτύχουν ρύθμιση ταχύτητας σε ευρύ φάσμα, γρήγορη δυναμική απόκριση και έλεγχο τοποθέτησης υψηλής ακρίβειας, επομένως οι σύγχρονοι κινητήρες μόνιμου μαγνήτη θα προσελκύσουν περισσότερους ανθρώπους για εκτεταμένη έρευνα.

5. Τεχνικά χαρακτηριστικά του σύγχρονου κινητήρα μόνιμου μαγνήτη Anhui Mingteng

α. Ο κινητήρας έχει υψηλό συντελεστή ισχύος και υψηλό συντελεστή ποιότητας του ηλεκτρικού δικτύου. Δεν απαιτείται αντισταθμιστής συντελεστή ισχύος και η χωρητικότητα του εξοπλισμού του υποσταθμού μπορεί να αξιοποιηθεί πλήρως.

β. Ο κινητήρας μόνιμου μαγνήτη διεγείρεται από μόνιμους μαγνήτες και λειτουργεί συγχρονισμένα. Δεν υπάρχει παλμός ταχύτητας και η αντίσταση του αγωγού δεν αυξάνεται κατά την κίνηση ανεμιστήρων και αντλιών.

γ. Ο κινητήρας μόνιμου μαγνήτη μπορεί να σχεδιαστεί με υψηλή ροπή εκκίνησης (περισσότερες από 3 φορές) και υψηλή ικανότητα υπερφόρτωσης ανάλογα με τις ανάγκες, επιλύοντας έτσι το φαινόμενο του "μεγάλου αλόγου που τραβάει μικρό καρότσι".

δ. Το άεργο ρεύμα ενός συνηθισμένου ασύγχρονου κινητήρα είναι γενικά περίπου 0,5-0,7 φορές το ονομαστικό ρεύμα. Ο σύγχρονος κινητήρας μόνιμου μαγνήτη Mingteng δεν χρειάζεται ρεύμα διέγερσης. Το άεργο ρεύμα του κινητήρα μόνιμου μαγνήτη και του ασύγχρονου κινητήρα είναι περίπου 50% διαφορετικό και το πραγματικό ρεύμα λειτουργίας είναι περίπου 15% χαμηλότερο από αυτό του ασύγχρονου κινητήρα.

ε. Ο κινητήρας μπορεί να σχεδιαστεί για άμεση εκκίνηση και οι εξωτερικές διαστάσεις εγκατάστασης είναι οι ίδιες με εκείνες των ασύγχρονων κινητήρων που χρησιμοποιούνται ευρέως σήμερα, οι οποίοι μπορούν να αντικαταστήσουν πλήρως τους ασύγχρονους κινητήρες.

στ. Η προσθήκη ενός οδηγού μπορεί να επιτύχει ομαλή εκκίνηση, ομαλή στάση και αδιαβάθμητη ρύθμιση ταχύτητας, με καλή δυναμική απόκριση και περαιτέρω βελτιωμένη επίδραση εξοικονόμησης ενέργειας.

ζ. Ο κινητήρας έχει πολλές τοπολογικές δομές, οι οποίες καλύπτουν άμεσα τις θεμελιώδεις απαιτήσεις του μηχανολογικού εξοπλισμού σε ένα ευρύ φάσμα και υπό ακραίες συνθήκες.

η. Προκειμένου να βελτιωθεί η απόδοση του συστήματος, να μειωθεί η αλυσίδα μετάδοσης και να μειωθεί το κόστος συντήρησης, οι σύγχρονοι κινητήρες μόνιμου μαγνήτη άμεσης κίνησης υψηλής και χαμηλής ταχύτητας μπορούν να σχεδιαστούν και να κατασκευαστούν για να καλύψουν τις υψηλότερες απαιτήσεις των χρηστών.

Anhui Mingteng Μόνιμα Μαγνητικά Μηχανήματα & Ηλεκτρικός Εξοπλισμός Co., Ltd. (https://www.mingtengmotor.com/) ιδρύθηκε το 2007. Είναι μια επιχείρηση υψηλής τεχνολογίας που ειδικεύεται στην έρευνα και ανάπτυξη, παραγωγή και πώληση σύγχρονων κινητήρων μόνιμου μαγνήτη εξαιρετικά υψηλής απόδοσης. Η εταιρεία χρησιμοποιεί σύγχρονη θεωρία σχεδιασμού κινητήρων, επαγγελματικό λογισμικό σχεδιασμού και αυτοαναπτυγμένο πρόγραμμα σχεδιασμού κινητήρων μόνιμου μαγνήτη για την προσομοίωση του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου, του πεδίου ρευστού, του πεδίου θερμοκρασίας, του πεδίου τάσης κ.λπ. του κινητήρα μόνιμου μαγνήτη, τη βελτιστοποίηση της δομής του μαγνητικού κυκλώματος, τη βελτίωση του επιπέδου ενεργειακής απόδοσης του κινητήρα και τη βασική διασφάλιση της αξιόπιστης χρήσης του κινητήρα μόνιμου μαγνήτη.

Πνευματικά δικαιώματα: Αυτό το άρθρο είναι μια ανατύπωση του δημόσιου αριθμού WeChat "Motor Alliance", του αρχικού συνδέσμουhttps://mp.weixin.qq.com/s/tROOkT3pQwZtnHJT4Ji0Cg

Αυτό το άρθρο δεν αντιπροσωπεύει τις απόψεις της εταιρείας μας. Εάν έχετε διαφορετικές γνώμες ή απόψεις, παρακαλούμε διορθώστε μας!