El desenvolupament de motors d'imants permanents està estretament relacionat amb el desenvolupament de materials d'imants permanents. La Xina és el primer país del món a descobrir les propietats magnètiques dels materials d'imants permanents i aplicar-les a la pràctica. Fa més de 2.000 anys, la Xina va utilitzar les propietats magnètiques dels materials d'imants permanents per fabricar brúixoles, que van tenir un paper molt important en la navegació, l'exèrcit i altres camps, i es van convertir en un dels quatre grans invents de l'antiga Xina.
El primer motor del món, que va aparèixer a la dècada del 1920, va ser un motor d'imants permanents que utilitzava imants permanents per generar camps magnètics d'excitació. Tanmateix, el material d'imant permanent utilitzat en aquell moment era la magnetita natural (Fe3O4), que tenia una densitat d'energia magnètica molt baixa. El motor que se'n feia era de grans dimensions i aviat va ser substituït pel motor d'excitació elèctric.
Amb el ràpid desenvolupament de diversos motors i la invenció dels magnetitzadors actuals, la gent ha dut a terme investigacions en profunditat sobre el mecanisme, la composició i la tecnologia de fabricació de materials magnètics permanents, i ha descobert successivament una varietat de materials magnètics permanents com l'acer al carboni, l'acer de tungstè (producte d'energia magnètica màxim d'uns 2,7 kJ/m3) i l'acer de cobalt (producte d'energia magnètica màxim d'uns 7,2 kJ/m3).
En particular, l'aparició d'imants permanents d'alumini níquel cobalt a la dècada de 1930 (el producte d'energia magnètica màxim pot arribar als 85 kJ/m3) i d'imants permanents de ferrita a la dècada de 1950 (el producte d'energia magnètica màxim pot arribar als 40 kJ/m3) ha millorat molt les propietats magnètiques, i diversos micromotors i motors petits han començat a utilitzar l'excitació amb imants permanents. La potència dels motors d'imants permanents oscil·la entre uns quants mil·liwatts i desenes de quilowatts. S'utilitzen àmpliament en la producció militar, industrial i agrícola, així com en la vida quotidiana, i la seva producció ha augmentat dràsticament.
En conseqüència, durant aquest període, s'han fet avenços en la teoria del disseny, els mètodes de càlcul, la magnetització i la tecnologia de fabricació de motors d'imants permanents, formant un conjunt de mètodes d'anàlisi i recerca representats pel mètode del diagrama de funcionament de l'imant permanent. Tanmateix, la força coercitiva dels imants permanents d'AlNiCo és baixa (36-160 kA/m), i la densitat magnètica romanent dels imants permanents de ferrita no és alta (0,2-0,44 T), cosa que limita el seu rang d'aplicació en motors.
No va ser fins a les dècades de 1960 i 1980 que els imants permanents de terres rares de cobalt i els imants permanents de neodimi, ferro i bor (anomenats col·lectivament imants permanents de terres rares) van aparèixer un darrere l'altre. Les seves excel·lents propietats magnètiques d'alta densitat magnètica remanent, alta força coercitiva, alt producte d'energia magnètica i corba de desmagnetització lineal són particularment adequades per a la fabricació de motors, marcant així el començament del desenvolupament dels motors d'imants permanents cap a un nou període històric.
1. Materials magnètics permanents
Els materials d'imants permanents que s'utilitzen habitualment en motors inclouen imants sinteritzats i imants enllaçats, els principals tipus són alumini, níquel, cobalt, ferrita, samari, cobalt, neodimi, ferro, bor, etc.
Alnico: El material d'imant permanent Alnico és un dels materials d'imant permanent més utilitzats, i el seu procés de preparació i tecnologia són relativament madurs.
Ferrita permanent: A la dècada de 1950, la ferrita va començar a florir, especialment a la dècada de 1970, quan es va posar en producció en grans quantitats la ferrita d'estronci amb bona coercitivitat i rendiment energètic magnètic, expandint ràpidament l'ús de la ferrita permanent. Com a material magnètic no metàl·lic, la ferrita no té els desavantatges de la fàcil oxidació, la baixa temperatura de Curie i l'alt cost dels materials magnètics permanents metàl·lics, per la qual cosa és molt popular.
Samari-cobalt: Un material magnètic permanent amb excel·lents propietats magnètiques que va sorgir a mitjans dels anys seixanta i té un rendiment molt estable. El samari-cobalt és particularment adequat per a la fabricació de motors pel que fa a les propietats magnètiques, però a causa del seu alt preu, s'utilitza principalment en la investigació i el desenvolupament de motors militars com l'aviació, l'aeroespacial i les armes, i motors en camps d'alta tecnologia on l'alt rendiment i el preu no són el factor principal.
NdFeB: El material magnètic NdFeB és un aliatge de neodimi, òxid de ferro, etc., també conegut com a acer magnètic. Té un producte d'energia magnètica i una força coercitiva extremadament alts. Al mateix temps, els avantatges de l'alta densitat d'energia fan que els materials magnètics permanents NdFeB s'utilitzin àmpliament en la indústria moderna i la tecnologia electrònica, cosa que permet miniaturitzar, alleugerir i aprimar equips com ara instruments, motors electroacústics, separació magnètica i magnetització. Com que conté una gran quantitat de neodimi i ferro, és fàcil d'oxidar. La passivació química superficial és una de les millors solucions actuals.
Resistència a la corrosió, temperatura màxima de funcionament, rendiment de processament, forma de la corba de desmagnetització,
i comparació de preus dels materials d'imants permanents més utilitzats per a motors (Figura)
2.La influència de la forma i la tolerància de l'acer magnètic en el rendiment del motor
1. Influència del gruix de l'acer magnètic
Quan el circuit magnètic intern o extern està fix, l'entreferro disminueix i el flux magnètic efectiu augmenta quan augmenta el gruix. La manifestació òbvia és que la velocitat sense càrrega disminueix i el corrent sense càrrega disminueix sota el mateix magnetisme residual, i l'eficiència màxima del motor augmenta. Tanmateix, també hi ha desavantatges, com ara una major vibració de commutació del motor i una corba d'eficiència relativament més pronunciada del motor. Per tant, el gruix de l'acer magnètic del motor ha de ser el més consistent possible per reduir la vibració.
2. Influència de l'amplada de l'acer magnètic
Per a imants de motor sense escombretes propers, la separació acumulada total no pot superar els 0,5 mm. Si és massa petita, no s'instal·larà. Si és massa gran, el motor vibrarà i reduirà l'eficiència. Això es deu al fet que la posició de l'element Hall que mesura la posició de l'imant no correspon a la posició real de l'imant, i l'amplada ha de ser consistent, en cas contrari el motor tindrà una baixa eficiència i vibracions importants.
Per als motors amb raspalls, hi ha un cert espai entre els imants, que es reserva per a la zona de transició de commutació mecànica. Tot i que hi ha un espai, la majoria dels fabricants tenen procediments estrictes d'instal·lació d'imants per garantir la precisió de la instal·lació per tal de garantir la posició d'instal·lació precisa de l'imant del motor. Si l'amplada de l'imant supera, no s'instal·larà; si l'amplada de l'imant és massa petita, farà que l'imant estigui desalineat, el motor vibrarà més i l'eficiència es reduirà.
3. La influència de la mida del xamfrà d'acer magnètic i la no-xamfrà
Si no es fa el xamfrà, la velocitat de canvi del camp magnètic a la vora del camp magnètic del motor serà gran, cosa que provocarà la pulsació del motor. Com més gran sigui el xamfrà, menor serà la vibració. Tanmateix, el xamfrà generalment provoca una certa pèrdua de flux magnètic. Per a algunes especificacions, la pèrdua de flux magnètic és del 0,5~1,5% quan el xamfrà és de 0,8. Per a motors amb raspalls amb baix magnetisme residual, reduir adequadament la mida del xamfrà ajudarà a compensar el magnetisme residual, però la pulsació del motor augmentarà. En general, quan el magnetisme residual és baix, la tolerància en la direcció de la longitud es pot ampliar adequadament, cosa que pot augmentar el flux magnètic efectiu fins a cert punt i mantenir el rendiment del motor bàsicament sense canvis.
3. Notes sobre els motors d'imants permanents
1. Càlcul de l'estructura i el disseny del circuit magnètic
Per tal de donar ple rendiment a les propietats magnètiques de diversos materials d'imants permanents, especialment les excel·lents propietats magnètiques dels imants permanents de terres rares, i fabricar motors d'imants permanents rendibles, no és possible aplicar simplement els mètodes de càlcul d'estructura i disseny dels motors d'imants permanents tradicionals o dels motors d'excitació electromagnètica. Cal establir nous conceptes de disseny per reanalitzar i millorar l'estructura del circuit magnètic. Amb el ràpid desenvolupament de la tecnologia de maquinari i programari informàtic, així com la millora contínua dels mètodes de disseny moderns com el càlcul numèric del camp electromagnètic, el disseny d'optimització i la tecnologia de simulació, i mitjançant els esforços conjunts de les comunitats acadèmiques i d'enginyeria de motors, s'han fet avenços en la teoria del disseny, els mètodes de càlcul, els processos estructurals i les tecnologies de control dels motors d'imants permanents, formant un conjunt complet de mètodes d'anàlisi i investigació i programari d'anàlisi i disseny assistit per ordinador que combina el càlcul numèric del camp electromagnètic i la solució analítica de circuits magnètics equivalent, i s'està millorant contínuament.
2. Problema de desmagnetització irreversible
Si el disseny o l'ús són inadequats, el motor d'imant permanent pot produir una desmagnetització irreversible, o desmagnetització, quan la temperatura és massa alta (imant permanent NdFeB) o massa baixa (imant permanent de ferrita), sota la reacció de l'armadura causada pel corrent d'impacte o sota vibracions mecàniques severes, cosa que reduirà el rendiment del motor i fins i tot el farà inutilitzable. Per tant, cal estudiar i desenvolupar mètodes i dispositius adequats perquè els fabricants de motors comprovin l'estabilitat tèrmica dels materials d'imants permanents i analitzin les capacitats antidesmagnetització de diverses formes estructurals, de manera que es puguin prendre les mesures corresponents durant el disseny i la fabricació per garantir que el motor d'imant permanent no perdi magnetisme.
3. Problemes de costos
Com que els imants permanents de terres rares encara són relativament cars, el cost dels motors d'imants permanents de terres rares és generalment més alt que el dels motors d'excitació elèctrica, cosa que s'ha de compensar amb el seu alt rendiment i l'estalvi en costos operatius. En algunes ocasions, com ara els motors de bobina mòbil per a unitats de disc d'ordinador, l'ús d'imants permanents de NdFeB millora el rendiment, redueix significativament el volum i la massa i redueix els costos totals. A l'hora de dissenyar, cal fer una comparació de rendiment i preu en funció de les ocasions i requisits d'ús específics, i innovar els processos estructurals i optimitzar els dissenys per reduir els costos.
Anhui Mingteng Equipament Electromecànic d'Imants Permanents Co., Ltd. (https://www.mingtengmotor.com/). La taxa de desmagnetització de l'acer magnètic del motor d'imant permanent no és superior a una mil·lèsima part per any.
El material d'imant permanent del rotor del motor d'imant permanent de la nostra empresa adopta un producte d'energia magnètica elevada i una coercitivitat intrínseca elevada de NdFeB sinteritzat, i els graus convencionals són N38SH, N38UH, N40UH, N42UH, etc. Prenguem com a exemple N38SH, un grau d'ús comú de la nostra empresa: 38- representa el producte d'energia magnètica màxim de 38MGOe; SH representa la resistència màxima a la temperatura de 150 ℃. UH té una resistència màxima a la temperatura de 180 ℃. L'empresa ha dissenyat eines professionals i accessoris de guia per al muntatge d'acer magnètic, i ha analitzat qualitativament la polaritat de l'acer magnètic muntat amb mitjans raonables, de manera que el valor del flux magnètic relatiu de cada ranura d'acer magnètic sigui proper, cosa que garanteix la simetria del circuit magnètic i la qualitat del muntatge d'acer magnètic.
Drets d'autor: Aquest article és una reimpressió del número públic de WeChat "today's motor", l'enllaç original és https://mp.weixin.qq.com/s/zZn3UsYZeDwicEDwIdsbPg
Aquest article no representa els punts de vista de la nostra empresa. Si teniu opinions o punts de vista diferents, corregiu-nos!
Data de publicació: 30 d'agost de 2024