Razvoj motora s permanentnim magnetima usko je povezan s razvojem materijala s permanentnim magnetima. Kina je prva zemlja na svijetu koja je otkrila magnetska svojstva materijala s permanentnim magnetima i primijenila ih u praksi. Prije više od 2000 godina, Kina je koristila magnetska svojstva materijala s permanentnim magnetima za izradu kompasa, koji je odigrao ogromnu ulogu u navigaciji, vojsci i drugim područjima te je postao jedan od četiri velika izuma drevne Kine.
Prvi motor na svijetu, koji se pojavio 1920-ih, bio je motor s permanentnim magnetima koji je koristio permanentne magnete za generiranje pobudnih magnetskih polja. Međutim, materijal permanentnih magneta koji se tada koristio bio je prirodni magnetit (Fe3O4), koji je imao vrlo nisku gustoću magnetske energije. Motor izrađen od njega bio je velikih dimenzija i ubrzo je zamijenjen električnim pobudnim motorom.
Brzim razvojem raznih motora i izumom trenutnih magnetizatora, ljudi su proveli dubinska istraživanja mehanizma, sastava i tehnologije proizvodnje trajnih magnetskih materijala te su postupno otkrili razne trajne magnetske materijale poput ugljičnog čelika, volframovog čelika (maksimalni magnetski energetski produkt od oko 2,7 kJ/m3) i kobaltnog čelika (maksimalni magnetski energetski produkt od oko 7,2 kJ/m3).
Posebno, pojava permanentnih magneta od aluminija i nikla kobalta 1930-ih (maksimalni magnetski energetski produkt može doseći 85 kJ/m3) i feritnih permanentnih magneta 1950-ih (maksimalni magnetski energetski produkt može doseći 40 kJ/m3) uvelike je poboljšala magnetska svojstva, a razni mikro i mali motori počeli su koristiti pobudu permanentnim magnetima. Snaga motora s permanentnim magnetima kreće se od nekoliko milivata do desetaka kilovata. Široko se koriste u vojnoj, industrijskoj i poljoprivrednoj proizvodnji te u svakodnevnom životu, a njihova se proizvodnja dramatično povećala.
Sukladno tome, tijekom tog razdoblja postignuti su prodori u teoriji dizajna, metodama izračuna, magnetizaciji i tehnologiji proizvodnje motora s permanentnim magnetima, formirajući skup metoda analize i istraživanja predstavljenih metodom dijagrama rada permanentnog magneta. Međutim, koercitivna sila AlNiCo permanentnih magneta je niska (36-160 kA/m), a zaostala magnetska gustoća feritnih permanentnih magneta nije visoka (0,2-0,44 T), što ograničava njihov raspon primjene u motorima.
Tek su se 1960-ih i 1980-ih jedan za drugim pojavili trajni magneti od rijetkih zemalja kobalta i trajni magneti od neodimija i željeza bora (zajednički nazvani trajni magneti od rijetkih zemalja). Njihova izvrsna magnetska svojstva visoke remanentne magnetske gustoće, visoke koercitivne sile, visokog magnetskog energetskog produkta i linearne krivulje demagnetizacije posebno su pogodna za proizvodnju motora, čime je razvoj motora s permanentnim magnetima ušao u novo povijesno razdoblje.
1. Trajni magnetski materijali
Materijali za permanentne magnete koji se obično koriste u motorima uključuju sinterirane magnete i vezane magnete, a glavne vrste su aluminij, nikal, kobalt, ferit, samarij, kobalt, neodimij, željezo, bor itd.
Alnico: Alnico materijal s permanentnim magnetima jedan je od najranijih široko korištenih materijala s permanentnim magnetima, a njegov proces pripreme i tehnologija su relativno zreli.
Permanentni ferit: Ferit je počeo cvjetati 1950-ih, posebno 1970-ih, kada je stroncijev ferit s dobrom koercitivnošću i magnetskim energetskim performansama pušten u proizvodnju u velikim količinama, brzo proširujući upotrebu permanentnog ferita. Kao nemetalni magnetski materijal, ferit nema nedostatke lake oksidacije, niske Curiejeve temperature i visoke cijene metalnih materijala za permanentne magnete, pa je vrlo popularan.
Samarij kobalt: Materijal s permanentnim magnetom i izvrsnim magnetskim svojstvima koji se pojavio sredinom 1960-ih i ima vrlo stabilne performanse. Samarij kobalt je posebno pogodan za proizvodnju motora u smislu magnetskih svojstava, ali zbog visoke cijene uglavnom se koristi u istraživanju i razvoju vojnih motora poput zrakoplovstva, zrakoplovstva i oružja, te motora u visokotehnološkim područjima gdje visoke performanse i cijena nisu glavni faktor.
NdFeB: NdFeB magnetski materijal je legura neodimija, željeznog oksida itd., poznata i kao magnetski čelik. Ima izuzetno visok magnetski energetski produkt i koercitivnu silu. Istovremeno, prednosti visoke gustoće energije čine NdFeB trajne magnetske materijale široko korištenim u modernoj industriji i elektroničkoj tehnologiji, što omogućuje minijaturizaciju, olakšavanje i stanjivanje opreme poput instrumenata, elektroakustičkih motora, magnetske separacije i magnetizacije. Budući da sadrži veliku količinu neodimija i željeza, lako hrđa. Površinska kemijska pasivizacija trenutno je jedno od najboljih rješenja.
Otpornost na koroziju, maksimalna radna temperatura, performanse obrade, oblik krivulje demagnetizacije,
i usporedba cijena uobičajeno korištenih materijala s permanentnim magnetima za motore (slika)
2.Utjecaj oblika i tolerancije magnetskog čelika na performanse motora
1. Utjecaj debljine magnetskog čelika
Kada je unutarnji ili vanjski magnetski krug fiksan, zračni raspor se smanjuje, a efektivni magnetski tok se povećava s povećanjem debljine. Očita manifestacija je da se brzina praznog hoda smanjuje, a struja praznog hoda smanjuje pod istim zaostalim magnetizmom, a maksimalna učinkovitost motora se povećava. Međutim, postoje i nedostaci, kao što su povećane vibracije komutacije motora i relativno strmija krivulja učinkovitosti motora. Stoga debljina magnetskog čelika motora treba biti što konzistentnija kako bi se smanjile vibracije.
2. Utjecaj širine magnetskog čelika
Za blisko raspoređene magnete motora bez četkica, ukupni kumulativni razmak ne smije prelaziti 0,5 mm. Ako je premalen, motor se neće ugraditi. Ako je prevelik, motor će vibrirati i smanjiti učinkovitost. To je zato što položaj Hallovog elementa koji mjeri položaj magneta ne odgovara stvarnom položaju magneta, a širina mora biti konzistentna, inače će motor imati nisku učinkovitost i velike vibracije.
Kod četkiranih motora postoji određeni razmak između magneta, koji je rezerviran za prijelaznu zonu mehaničke komutacije. Iako postoji razmak, većina proizvođača ima stroge postupke ugradnje magneta kako bi se osigurala točnost ugradnje i točan položaj ugradnje magneta motora. Ako je širina magneta veća, neće se ugraditi; ako je širina magneta premala, magnet će biti neusklađen, motor će više vibrirati i učinkovitost će se smanjiti.
3. Utjecaj veličine zakošenih i ne-zakošenih magnetskih čelika
Ako se ne napravi skošenje, brzina promjene magnetskog polja na rubu magnetskog polja motora bit će velika, što uzrokuje pulsiranje motora. Što je skošenje veće, to su vibracije manje. Međutim, skošenje općenito uzrokuje određeni gubitak magnetskog fluksa. Za neke specifikacije, gubitak magnetskog fluksa iznosi 0,5~1,5% kada je skošenje 0,8. Za motore s četkicama i niskim preostalim magnetizmom, odgovarajuće smanjenje veličine skošenja pomoći će u kompenzaciji preostalog magnetizma, ali će se pulsiranje motora povećati. Općenito govoreći, kada je preostali magnetizam nizak, tolerancija u smjeru duljine može se odgovarajuće povećati, što može do određene mjere povećati efektivni magnetski tok i održati performanse motora u osnovi nepromijenjenima.
3. Napomene o motorima s permanentnim magnetima
1. Izračun strukture i dizajna magnetskog kruga
Kako bi se u potpunosti iskoristila magnetska svojstva različitih materijala s permanentnim magnetima, posebno izvrsna magnetska svojstva permanentnih magneta rijetkih zemalja, te kako bi se proizveli isplativi motori s permanentnim magnetima, nije moguće jednostavno primijeniti metode izračuna strukture i dizajna tradicionalnih motora s permanentnim magnetima ili motora s elektromagnetskom pobudom. Potrebno je uspostaviti nove koncepte dizajna kako bi se ponovno analizirala i poboljšala struktura magnetskog kruga. Brzim razvojem računalne hardverske i softverske tehnologije, kao i kontinuiranim poboljšanjem modernih metoda dizajna poput numeričkog izračuna elektromagnetskog polja, optimizacijske tehnologije dizajna i simulacije, te zajedničkim naporima akademske i inženjerske zajednice za motore, postignuti su napredak u teoriji dizajna, metodama izračuna, strukturnim procesima i tehnologijama upravljanja motorima s permanentnim magnetima, formirajući cjelovit skup metoda analize i istraživanja te računalno potpomognutog softvera za analizu i dizajn koji kombinira numerički izračun elektromagnetskog polja i ekvivalentno analitičko rješenje magnetskog kruga te se kontinuirano poboljšava.
2. Problem nepovratne demagnetizacije
Ako je dizajn ili upotreba nepravilna, motor s permanentnim magnetima može uzrokovati nepovratnu demagnetizaciju ili demagnetizaciju kada je temperatura previsoka (permanentni NdFeB magnet) ili preniska (permanentni feritni magnet), pod reakcijom armature uzrokovanom udarnom strujom ili pod jakim mehaničkim vibracijama, što će smanjiti performanse motora, pa čak i učiniti ga neupotrebljivim. Stoga je potrebno proučavati i razvijati metode i uređaje prikladne za proizvođače motora kako bi provjerili toplinsku stabilnost materijala s permanentnim magnetima i analizirali sposobnosti protiv demagnetizacije različitih strukturnih oblika, kako bi se tijekom dizajna i proizvodnje mogle poduzeti odgovarajuće mjere kako bi se osiguralo da motor s permanentnim magnetima ne gubi magnetizam.
3. Troškovi
Budući da su permanentni magneti od rijetkih zemalja još uvijek relativno skupi, cijena motora s permanentnim magnetima od rijetkih zemalja općenito je viša od cijene motora s električnom pobudom, što treba kompenzirati visokim performansama i uštedama u operativnim troškovima. U nekim slučajevima, kao što su motori sa zvučnim zavojnicama za računalne diskovne pogone, upotreba permanentnih NdFeB magneta poboljšava performanse, značajno smanjuje volumen i masu te smanjuje ukupne troškove. Prilikom projektiranja potrebno je usporediti performanse i cijenu na temelju specifičnih prigoda i zahtjeva upotrebe te inovirati strukturne procese i optimizirati dizajn kako bi se smanjili troškovi.
Anhui Mingteng tvrtka za elektromehaničku opremu s permanentnim magnetima, d.o.o. (https://www.mingtengmotor.com/). Brzina demagnetizacije čelika za magnetski motor s permanentnim magnetima nije veća od jedne tisućinke godišnje.
Materijal permanentnog magneta rotora motora s permanentnim magnetom naše tvrtke usvaja sinterirani NdFeB s visokim magnetskim energetskim produktom i visokom intrinzičnom koercitivnošću, a konvencionalne klase su N38SH, N38UH, N40UH, N42UH itd. Uzmimo N38SH, uobičajeno korištenu klasu naše tvrtke, kao primjer: 38- predstavlja maksimalni magnetski energetski produkt od 38MGOe; SH predstavlja maksimalnu temperaturnu otpornost od 150 ℃. UH ima maksimalnu temperaturnu otpornost od 180 ℃. Tvrtka je dizajnirala profesionalne alate i vodilice za montažu magnetskog čelika te je kvalitativno analizirala polaritet sastavljenog magnetskog čelika s razumnim sredstvima, tako da je relativna vrijednost magnetskog toka svakog utora magnetskog čelika bliska, što osigurava simetriju magnetskog kruga i kvalitetu montaže magnetskog čelika.
Autorska prava: Ovaj članak je ponovni ispis javnog WeChat broja „današnji motor“, originalna poveznica https://mp.weixin.qq.com/s/zZn3UsYZeDwicEDwIdsbPg
Ovaj članak ne predstavlja stavove naše tvrtke. Ako imate drugačija mišljenja ili stavove, ispravite nas!
Vrijeme objave: 30. kolovoza 2024.