Развој мотора са перманентним магнетима је уско повезан са развојем материјала са перманентним магнетима. Кина је прва земља на свету која је открила магнетна својства материјала са перманентним магнетима и применила их у пракси. Пре више од 2.000 година, Кина је користила магнетна својства материјала са перманентним магнетима за израду компаса, који је играо огромну улогу у навигацији, војсци и другим областима и постао један од четири велика изума древне Кине.
Први мотор на свету, који се појавио 1920-их, био је мотор са перманентним магнетима који је користио перманентне магнете за генерисање побудних магнетних поља. Међутим, материјал перманентних магнета који се тада користио био је природни магнетит (Fe3O4), који је имао веома ниску густину магнетне енергије. Мотор направљен од њега био је великих димензија и убрзо је замењен електричним побудним мотором.
Брзим развојем разних мотора и проналаском тренутних магнетизатора, људи су спровели детаљна истраживања механизма, састава и технологије производње сталних магнетних материјала и сукцесивно открили разне сталне магнетне материјале као што су угљенични челик, волфрамов челик (максимални магнетни енергетски производ од око 2,7 kJ/m3) и кобалтни челик (максимални магнетни енергетски производ од око 7,2 kJ/m3).
Посебно, појава алуминијум-никл-кобалт перманентних магнета 1930-их (максимални магнетни енергетски производ може достићи 85 kJ/m3) и феритних перманентних магнета 1950-их (максимални магнетни енергетски производ може достићи 40 kJ/m3) значајно је побољшала магнетна својства, а разни микро и мали мотори су почели да користе побуђивање перманентним магнетима. Снага мотора са перманентним магнетима креће се од неколико миливата до десетина киловата. Широко се користе у војној, индустријској и пољопривредној производњи и свакодневном животу, а њихова производња се драматично повећала.
Сходно томе, током овог периода, направљени су пробоји у теорији пројектовања, методама прорачуна, магнетизацији и технологији производње мотора са перманентним магнетима, формирајући скуп метода анализе и истраживања представљених методом дијаграма рада перманентног магнета. Међутим, коерцитивна сила AlNiCo перманентних магнета је ниска (36-160 kA/m), а преостала магнетна густина феритних перманентних магнета није висока (0,2-0,44 T), што ограничава њихов опсег примене у моторима.
Тек 1960-их и 1980-их година појавили су се један за другим стални магнети од ретких земних кобалта и стални магнети од неодимијума и гвожђа и бора (заједнички названи стални магнети од ретких земних метала). Њихова одлична магнетна својства високе заостале магнетне густине, високе коерцитивне силе, високог магнетног енергетског производа и линеарне криве демагнетизације посебно су погодна за производњу мотора, чиме је развој мотора са сталним магнетима започео нови историјски период.
1. Перманентни магнетни материјали
Материјали за сталне магнете који се обично користе у моторима укључују синтероване магнете и везане магнете, а главне врсте су алуминијум, никал, кобалт, ферит, самаријум, кобалт, неодимијум, гвожђе, бор итд.
Алнико: Алнико перманентни магнетни материјал је један од најранијих широко коришћених перманентних магнетних материјала, а његов процес припреме и технологија су релативно зрели.
Перманентни ферит: Ферит је почео да цвета педесетих година прошлог века, посебно седамдесетих година прошлог века, када је стронцијум ферит са добром коерцитивношћу и магнетним енергетским перформансама пуштен у производњу у великим количинама, брзо проширујући употребу перманентног ферита. Као неметални магнетни материјал, ферит нема недостатке лаке оксидације, ниске Киријеве температуре и високе цене металних материјала за перманентне магнете, па је веома популаран.
Самаријум кобалт: Материјал од сталног магнета са одличним магнетним својствима који се појавио средином 1960-их и има веома стабилне перформансе. Самаријум кобалт је посебно погодан за производњу мотора у погледу магнетних својстава, али због високе цене, углавном се користи у истраживању и развоју војних мотора као што су авијација, ваздухопловство и оружје, и мотора у високотехнолошким областима где високе перформансе и цена нису главни фактор.
NdFeB: NdFeB магнетни материјал је легура неодимијума, оксида гвожђа итд., позната и као магнетни челик. Има изузетно висок магнетни енергетски производ и коерцитивну силу. Истовремено, предности високе густине енергије чине NdFeB сталне магнетне материјале широко коришћеним у модерној индустрији и електронској технологији, омогућавајући минијатуризацију, олакшавање и тањење опреме као што су инструменти, електроакустични мотори, магнетна сепарација и магнетизација. Пошто садржи велику количину неодимијума и гвожђа, лако рђа. Површинска хемијска пасивација је тренутно једно од најбољих решења.
Отпорност на корозију, максимална радна температура, перформансе обраде, облик криве демагнетизације,
и поређење цена уобичајено коришћених материјала са сталним магнетима за моторе (слика)
2.Утицај облика и толеранције магнетног челика на перформансе мотора
1. Утицај дебљине магнетног челика
Када је унутрашње или спољашње магнетно коло фиксирано, ваздушни зазор се смањује, а ефективни магнетни флукс се повећава са повећањем дебљине. Очигледна манифестација је да се брзина празног хода смањује, а струја празног хода се смањује под истим резидуалним магнетизмом, а максимална ефикасност мотора се повећава. Међутим, постоје и недостаци, као што су повећане вибрације комутације мотора и релативно стрмија крива ефикасности мотора. Стога, дебљина магнетног челика мотора треба да буде што је могуће конзистентнија како би се смањиле вибрације.
2. Утицај ширине магнетног челика
За блиско постављене магнете безчеткичних мотора, укупан кумулативни зазор не сме бити већи од 0,5 мм. Ако је премали, мотор се неће инсталирати. Ако је превелики, мотор ће вибрирати и смањити ефикасност. То је зато што положај Холовог елемента који мери положај магнета не одговара стварном положају магнета, а ширина мора бити конзистентна, у супротном ће мотор имати ниску ефикасност и велике вибрације.
Код четкичастих мотора постоји одређени размак између магнета, који је резервисан за прелазну зону механичке комутације. Иако постоји размак, већина произвођача има строге процедуре инсталације магнета како би се осигурала тачност инсталације и осигурао тачан положај инсталације магнета мотора. Ако је ширина магнета већа, он се неће инсталирати; ако је ширина магнета премала, магнет ће бити погрешно поравнат, мотор ће више вибрирати и ефикасност ће се смањити.
3. Утицај величине закошеног ивице магнетног челика и закошеног ивице
Ако се скошење не уради, брзина промене магнетног поља на ивици магнетног поља мотора биће велика, што ће изазвати пулсирање мотора. Што је скошење веће, мање су вибрације. Међутим, скошење генерално узрокује одређени губитак магнетног флукса. За неке спецификације, губитак магнетног флукса је 0,5~1,5% када је скошење 0,8. Код четкичастих мотора са ниским резидуалним магнетизмом, одговарајуће смањење величине скошења ће помоћи у компензацији резидуалног магнетизма, али ће се пулсирање мотора повећати. Генерално говорећи, када је резидуални магнетизам низак, толеранција у правцу дужине може се одговарајуће повећати, што може донекле повећати ефективни магнетни флукс и одржати перформансе мотора у основи непромењеним.
3. Напомене о моторима са сталним магнетима
1. Структура магнетног кола и прорачун дизајна
Да би се у потпуности искористила магнетна својства различитих материјала са перманентним магнетима, посебно одлична магнетна својства перманентних магнета ретких земаља, и да би се произвели исплативи мотори са перманентним магнетима, није могуће једноставно применити методе прорачуна структуре и дизајна традиционалних мотора са перманентним магнетима или мотора са електромагнетним побуђивањем. Морају се успоставити нови концепти дизајна како би се поново анализирала и побољшала структура магнетног кола. Брзим развојем рачунарске хардверске и софтверске технологије, као и континуираним унапређењем модерних метода пројектовања као што су нумерички прорачун електромагнетног поља, технологија оптимизационог пројектовања и симулације, и заједничким напорима академске и инжењерске заједнице у области мотора, постигнути су пробоји у теорији пројектовања, методама прорачуна, структурним процесима и технологијама управљања моторима са перманентним магнетима, формирајући комплетан сет метода анализе и истраживања и софтвера за рачунарску анализу и пројектовање који комбинује нумерички прорачун електромагнетног поља и еквивалентно аналитичко решење магнетног кола, и који се континуирано унапређује.
2. Проблем неповратне демагнетизације
Ако је дизајн или употреба неправилна, мотор са перманентним магнетом може изазвати неповратну демагнетизацију или демагнетизацију када је температура превисока (перманентни магнет NdFeB) или прениска (перманентни магнет од ферита), под реакцијом арматуре изазване ударном струјом или под јаким механичким вибрацијама, што ће смањити перформансе мотора, па чак и учинити га неупотребљивим. Стога је неопходно проучити и развити методе и уређаје погодне за произвођаче мотора како би проверили термичку стабилност материјала са перманентним магнетима и анализирали способности против демагнетизације различитих структурних облика, како би се током пројектовања и производње могле предузети одговарајуће мере како би се осигурало да мотор са перманентним магнетом не губи магнетизам.
3. Питања трошкова
Пошто су стални магнети од ретких земаља и даље релативно скупи, цена мотора са сталним магнетима од ретких земаља је генерално виша од цене мотора са електричним побудама, што треба надокнадити високим перформансама и уштедама у оперативним трошковима. У неким случајевима, као што су мотори са звучним калемовима за рачунарске дискове, употреба сталних магнета NdFeB побољшава перформансе, значајно смањује запремину и масу и смањује укупне трошкове. Приликом пројектовања, потребно је направити поређење перформанси и цене на основу специфичних прилика и захтева употребе, као и иновирати структурне процесе и оптимизовати дизајн како би се смањили трошкови.
Анхуи Мингтенг, компанија за електромеханску опрему са сталним магнетима, д.о.о. (хттпс://ввв.минтенгмотор.цом/). Стопа демагнетизације магнетног челика са сталним магнетима није већа од хиљадити део годишње.
Материјал перманентног магнета ротора мотора са перманентним магнетом наше компаније је синтеровани NdFeB са високим магнетним енергетским производом и високом интринзичном коерцитивношћу, а конвенционалне класе су N38SH, N38UH, N40UH, N42UH, итд. Узмимо N38SH, често коришћену класу наше компаније, као пример: 38- представља максимални магнетни енергетски производ 38MGOe; SH представља максималну температурну отпорност од 150℃. UH има максималну температурну отпорност од 180℃. Компанија је пројектовала професионалне алате и вођице за склапање магнетног челика и квалитативно анализирала поларитет склопљеног магнетног челика на разуман начин, тако да је релативна вредност магнетног флукса сваког жлеба магнетног челика блиска, што обезбеђује симетрију магнетног кола и квалитет склапања магнетног челика.
Ауторска права: Овај чланак је репринт јавног броја „данашњи мотор“ са WeChat-а, оригинални линк https://mp.weixin.qq.com/s/zZn3UsYZeDwicEDwIdsbPg
Овај чланак не представља ставове наше компаније. Ако имате другачија мишљења или ставове, молимо вас да нас исправите!
Време објаве: 30. август 2024.