Az állandó mágneses motorok fejlesztése szorosan összefügg az állandó mágneses anyagok fejlesztésével. Kína a világon elsőként fedezte fel az állandó mágneses anyagok mágneses tulajdonságait, és alkalmazta azokat a gyakorlatban. Több mint 2000 évvel ezelőtt Kína az állandó mágneses anyagok mágneses tulajdonságait iránytűk gyártására használta fel, amelyek hatalmas szerepet játszottak a navigációban, a katonaságban és más területeken, és az ókori Kína négy nagy találmányának egyikévé váltak.
A világon az első motor, amely az 1920-as években jelent meg, egy permanens mágneses motor volt, amely permanens mágneseket használt gerjesztő mágneses mezők létrehozására. Az akkoriban használt permanens mágneses anyag azonban a természetes magnetit (Fe3O4) volt, amelynek nagyon alacsony mágneses energiasűrűsége volt. Az ebből készült motor nagy méretű volt, és hamarosan felváltotta az elektromos gerjesztő motor.
A különféle motorok gyors fejlődésével és a jelenlegi mágnesezők feltalálásával az emberek mélyreható kutatásokat végeztek az állandó mágneses anyagok mechanizmusával, összetételével és gyártástechnológiájával kapcsolatban, és egymás után számos állandó mágneses anyagot fedeztek fel, mint például a szénacél, a volfrámacél (maximális mágneses energiaszorzat körülbelül 2,7 kJ/m3) és a kobaltacél (maximális mágneses energiaszorzat körülbelül 7,2 kJ/m3).
Különösen az alumínium-nikkel-kobalt állandó mágnesek megjelenése az 1930-as években (a maximális mágneses energiaszorzat elérheti a 85 kJ/m3-et) és a ferrit állandó mágnesek az 1950-es években (a maximális mágneses energiaszorzat elérheti a 40 kJ/m3-et) jelentősen javították a mágneses tulajdonságokat, és különféle mikro- és kismotorok kezdtek állandó mágneses gerjesztést használni. Az állandó mágneses motorok teljesítménye néhány milliwatttól több tíz kilowattig terjed. Széles körben használják őket a katonai, ipari és mezőgazdasági termelésben, valamint a mindennapi életben, és teljesítményük drámaian megnőtt.
Ennek megfelelően ebben az időszakban áttörések történtek az állandó mágneses motorok tervezési elméletében, számítási módszereiben, mágnesezésében és gyártástechnológiájában, kialakítva az állandó mágneses működési diagram diagram módszer által képviselt elemzési és kutatási módszerek összességét. Az AlNiCo állandó mágnesek kényszerítő ereje azonban alacsony (36-160 kA/m), a ferrit állandó mágnesek maradék mágneses sűrűsége pedig nem magas (0,2-0,44 T), ami korlátozza alkalmazási körüket motorokban.
Csak az 1960-as és 1980-as években jelentek meg egymás után a ritkaföldfém kobalt permanens mágnesek és a neodímium vas-bór permanens mágnesek (együttesen ritkaföldfém permanens mágneseknek nevezik őket). Kiváló mágneses tulajdonságaik, mint például a nagy maradék mágneses sűrűség, a nagy koercitív erő, a nagy mágneses energiaszorzat és a lineáris demagnetizációs görbe, különösen alkalmasak motorok gyártására, ezáltal új történelmi korszakba nyitva az állandó mágneses motorok fejlődését.
1. Állandó mágneses anyagok
A motorokban általánosan használt állandó mágneses anyagok közé tartoznak a szinterezett mágnesek és a kötött mágnesek, a fő típusok az alumínium-nikkel-kobalt, ferrit, szamárium-kobalt, neodímium-vas-bór stb.
Alnico: Az Alnico állandó mágneses anyag az egyik legrégebben széles körben használt állandó mágneses anyag, előállítási folyamata és technológiája viszonylag kiforrott.
Állandó ferrit: Az 1950-es években a ferrit virágzásnak indult, különösen az 1970-es években, amikor a jó koercitív erejű és mágneses energiateljesítményű stroncium-ferritet nagy mennyiségben kezdték gyártani, ami gyorsan kiterjesztette az állandó ferrit felhasználását. Nemfémes mágneses anyagként a ferrit nem rendelkezik a könnyű oxidáció, az alacsony Curie-hőmérséklet és a fém állandó mágneses anyagok magas költségének hátrányaival, így nagyon népszerű.
Szamárium-kobalt: Kiváló mágneses tulajdonságokkal rendelkező állandó mágneses anyag, amely az 1960-as évek közepén jelent meg, és nagyon stabil teljesítményt nyújt. A szamárium-kobalt mágneses tulajdonságait tekintve különösen alkalmas motorok gyártására, de magas ára miatt főként katonai motorok, például repülés, repülőgépipar és fegyverek kutatásában és fejlesztésében, valamint olyan high-tech területeken használt motorokban használják, ahol a nagy teljesítmény és az ár nem a fő tényező.
NdFeB: Az NdFeB mágneses anyag neodímium, vas-oxid stb. ötvözete, más néven mágneses acél. Rendkívül magas mágneses energiaszorzattal és koercitív erővel rendelkezik. Ugyanakkor a nagy energiasűrűség előnyei széles körben alkalmazzák az NdFeB permanens mágneses anyagokat a modern iparban és az elektronikai technológiában, lehetővé téve a berendezések, például műszerek, elektroakusztikus motorok, mágneses elválasztási és mágnesezési eszközök miniatürizálását, könnyítését és vékonyítását. Mivel nagy mennyiségű neodímiumot és vasat tartalmaz, könnyen rozsdásodik. A felületi kémiai passziválás jelenleg az egyik legjobb megoldás.
Korrózióállóság, maximális üzemi hőmérséklet, feldolgozási teljesítmény, demagnetizációs görbe alakja,
és a motorokhoz gyakran használt permanens mágneses anyagok ár-összehasonlítása (ábra)
2.A mágneses acél alakjának és tűréshatárának hatása a motor teljesítményére
1. A mágneses acél vastagságának hatása
Amikor a belső vagy külső mágneses áramkör rögzített, a légrés csökken, és a hatásos mágneses fluxus nő a vastagság növekedésével. A nyilvánvaló megnyilvánulás az, hogy a terhelés nélküli fordulatszám és az üresjárati áram azonos maradék mágnesesség mellett is csökken, és a motor maximális hatásfoka nő. Vannak azonban hátrányok is, például a motor megnövekedett kommutációs rezgése és a motor viszonylag meredekebb hatásfok-görbéje. Ezért a motormágneses acél vastagságának a lehető legegyenletesebbnek kell lennie a rezgés csökkentése érdekében.
2. A mágneses acél szélességének hatása
A közel elhelyezett kefe nélküli motormágnesek esetében a teljes kumulatív rés nem haladhatja meg a 0,5 mm-t. Ha túl kicsi, akkor nem szerelik be. Ha túl nagy, a motor rezegni fog, és csökken a hatásfok. Ez azért van, mert a mágnes helyzetét mérő Hall-elem helyzete nem felel meg a mágnes tényleges helyzetének, és a szélességnek állandónak kell lennie, különben a motor alacsony hatásfokú és nagy rezgést produkál.
A kefés motoroknál a mágnesek között van egy bizonyos rés, amely a mechanikus kommutációs átmeneti zóna számára van fenntartva. Bár van rés, a legtöbb gyártó szigorú mágnes-beszerelési eljárásokkal rendelkezik a beszerelési pontosság biztosítása érdekében, hogy a motormágnes pontos beszerelési pozícióját biztosítsa. Ha a mágnes szélessége meghaladja ezt, akkor nem lesz beszerelve; ha a mágnes szélessége túl kicsi, a mágnes elmozdulhat, a motor jobban rezegni fog, és a hatásfok csökkenni fog.
3. A mágneses acél letörésméretének és a letörés nélküliségnek a hatása
Ha a letörést nem végzik el, a motor mágneses mezejének szélén a mágneses tér változásának sebessége nagy lesz, ami a motor pulzációját okozza. Minél nagyobb a letörés, annál kisebb a rezgés. A letörés azonban általában bizonyos mértékű mágneses fluxusveszteséget okoz. Egyes specifikációknál a mágneses fluxusveszteség 0,5~1,5%, ha a letörés 0,8. Alacsony maradékmágnesességgel rendelkező kefés motorok esetén a letörés méretének megfelelő csökkentése segít kompenzálni a maradékmágnesességet, de a motor pulzációja megnő. Általánosságban elmondható, hogy alacsony maradékmágnesességgel a hosszirányú tűrés megfelelően növelhető, ami bizonyos mértékig növelheti a tényleges mágneses fluxust, és a motor teljesítményét alapvetően változatlanul tarthatja.
3. Megjegyzések az állandó mágneses motorokról
1. Mágneses áramkör szerkezete és tervezési számítása
Annak érdekében, hogy a különféle állandó mágneses anyagok mágneses tulajdonságait, különösen a ritkaföldfém állandó mágnesek kiváló mágneses tulajdonságait teljes mértékben ki lehessen aknázni, és költséghatékony állandó mágneses motorokat lehessen gyártani, nem lehet egyszerűen a hagyományos állandó mágneses motorok vagy az elektromágneses gerjesztő motorok szerkezeti és tervezési számítási módszereit alkalmazni. Új tervezési koncepciókat kell kidolgozni a mágneses áramkör szerkezetének újraelemzésére és javítására. A számítógépes hardver- és szoftvertechnológia gyors fejlődésével, valamint a modern tervezési módszerek, például az elektromágneses tér numerikus számítása, az optimalizáló tervezés és a szimulációs technológia folyamatos fejlesztésével, valamint a motortudományi és mérnöki közösségek közös erőfeszítéseinek köszönhetően áttörést értek el az állandó mágneses motorok tervezési elméletében, számítási módszereiben, szerkezeti folyamataiban és vezérlési technológiáiban, létrehozva az elemzési és kutatási módszerek, valamint a számítógéppel segített elemző és tervező szoftverek teljes készletét, amely ötvözi az elektromágneses tér numerikus számítását és az azzal egyenértékű mágneses áramkör analitikai megoldását, és amelyet folyamatosan fejlesztenek.
2. Visszafordíthatatlan demagnetizációs probléma
Nem megfelelő kialakítás vagy használat esetén az állandó mágneses motor visszafordíthatatlan demagnetizációt vagy demagnetizációt okozhat túl magas (NdFeB állandó mágnes) vagy túl alacsony hőmérséklet (ferrit állandó mágnes), az ütközési áram okozta armatúra-reakció vagy erős mechanikai rezgés hatására, ami csökkenti a motor teljesítményét, sőt használhatatlanná teszi azt. Ezért olyan módszereket és eszközöket kell tanulmányozni és fejleszteni, amelyekkel a motorgyártók ellenőrizhetik az állandó mágneses anyagok hőstabilitását, és elemezhetik a különböző szerkezeti formák demagnetizációgátló képességét, hogy a tervezés és gyártás során megfelelő intézkedéseket lehessen tenni annak biztosítására, hogy az állandó mágneses motor ne veszítse el mágnesességét.
3. Költségproblémák
Mivel a ritkaföldfém állandó mágnesek még mindig viszonylag drágák, a ritkaföldfém állandó mágneses motorok költsége általában magasabb, mint az elektromos gerjesztőmotoroké, amit a nagy teljesítménynek és az üzemeltetési költségek megtakarításának kell ellensúlyoznia. Bizonyos esetekben, például számítógépes lemezmeghajtók hangtekercsmotorjainál, az NdFeB állandó mágnesek használata javítja a teljesítményt, jelentősen csökkenti a térfogatot és a tömeget, és csökkenti az összköltségeket. A tervezés során össze kell hasonlítani a teljesítményt és az árat az adott felhasználási alkalmak és követelmények alapján, valamint meg kell újítani a szerkezeti folyamatokat és optimalizálni kell a terveket a költségek csökkentése érdekében.
Anhui Mingteng Állandó Mágneses Elektromechanikus Berendezések Kft. (https://www.mingtengmotor.com/). Az állandó mágneses motormágneses acél demagnetizációs sebessége legfeljebb évi egy ezred.
Cégünk állandó mágneses motorjának forgórészének állandó mágneses anyaga nagy mágneses energiaszorzatot és nagy belső koercitív erejű szinterezett NdFeB-t alkalmaz, és a hagyományos minőségek az N38SH, N38UH, N40UH, N42UH stb. Vegyük például az N38SH-t, a cégünk által gyakran használt minőséget: a 38- a maximális mágneses energiaszorzatot 38MGOe-nek jelöli; az SH a maximális hőmérséklet-állóságot 150 ℃-nak jelöli. Az UH maximális hőmérséklet-állósága 180 ℃. A cég professzionális szerszámokat és vezetőberendezéseket tervezett a mágneses acél összeszereléséhez, és ésszerű eszközökkel kvalitatívan elemezte az összeszerelt mágneses acél polaritását, így az egyes rések mágneses acéljainak relatív mágneses fluxusértéke közel azonos, ami biztosítja a mágneses áramkör szimmetriáját és a mágneses acél összeszerelés minőségét.
Szerzői jog: Ez a cikk a WeChat nyilvános „mai motor” számának újranyomtatása, az eredeti link: https://mp.weixin.qq.com/s/zZn3UsYZeDwicEDwIdsbPg
Ez a cikk nem képviseli cégünk álláspontját. Ha eltérő véleménye vagy nézőpontja van, kérjük, javítson ki minket!
Közzététel ideje: 2024. augusztus 30.