Розробка двигунів з постійними магнітами тісно пов'язана з розробкою матеріалів з постійними магнітами. Китай є першою країною в світі, яка виявила магнітні властивості матеріалів постійного магніту і застосувала їх на практиці. Більше 2000 років тому Китай використовував магнітні властивості матеріалів постійного магніту для виготовлення компаса, який відіграв величезну роль у навігації, військовій та інших галузях і став одним із чотирьох великих винаходів стародавнього Китаю.
Перший двигун у світі, який з'явився в 1920-х роках, був двигуном з постійними магнітами, який використовував постійні магніти для створення магнітних полів збудження. Однак матеріалом постійного магніту, який використовувався в той час, був природний магнетит (Fe3O4), який мав дуже низьку щільність магнітної енергії. Виготовлений з нього двигун мав великі розміри і незабаром був замінений електродвигуном збудження.
Зі швидким розвитком різних двигунів і винаходом сучасних намагнітників люди провели поглиблені дослідження механізму, складу та технології виробництва постійних магнітних матеріалів і послідовно відкрили різноманітні постійні магнітні матеріали, такі як вуглецева сталь, вольфрам сталь (максимальний добуток магнітної енергії близько 2,7 кДж/м3) і кобальтова сталь (максимальний добуток магнітної енергії близько 7,2 кДж/м3).
Зокрема, поява алюмінієвих нікель-кобальтових постійних магнітів у 1930-х роках (максимальний добуток магнітної енергії може досягати 85 кДж/м3) і феритових постійних магнітів у 1950-х роках (максимальний добуток магнітної енергії може досягати 40 кДж/м3) значно покращили магнітні властивості , і різні мікро- та малі двигуни почали використовувати збудження від постійних магнітів. Потужність двигунів з постійними магнітами коливається від кількох міліват до десятків кіловат. Вони широко використовуються у військовому, промисловому та сільськогосподарському виробництві та повсякденному житті, і їх виробництво різко зросло.
Відповідно, у цей період були зроблені прориви в теорії дизайну, методах розрахунку, намагнічуванні та технології виробництва двигунів з постійними магнітами, утворюючи набір методів аналізу та дослідження, представлених методом діаграми робочої діаграми постійного магніту. Однак коерцитивна сила постійних магнітів AlNiCo низька (36-160 кА/м), а залишкова магнітна щільність феритових постійних магнітів невисока (0,2-0,44 Тл), що обмежує область їх застосування в двигунах.
Лише в 1960-х і 1980-х роках рідкоземельні кобальтові постійні магніти та неодимові залізо-борові постійні магніти (разом іменовані рідкоземельними постійними магнітами) з’явилися один за одним. Їх чудові магнітні властивості, такі як висока залишкова магнітна щільність, висока коерцитивна сила, високий добуток магнітної енергії та лінійна крива розмагнічування, особливо підходять для виробництва двигунів, що відкриває розвиток двигунів з постійними магнітами в новий історичний період.
1. Постійні магнітні матеріали
Матеріали постійного магніту, які зазвичай використовуються в двигунах, включають спечені магніти та магніти на зв’язках, основними типами є алюміній, нікель, кобальт, ферит, самарій-кобальт, неодим, залізо, бор тощо.
Alnico: матеріал постійного магніту Alnico є одним із найперших широко використовуваних матеріалів постійного магніту, а процес його приготування та технологія відносно зрілі.
Постійний ферит: у 1950-х роках ферит почав процвітати, особливо в 1970-х роках, коли ферит стронцію з хорошою коерцитивною силою та характеристиками магнітної енергії був запущений у виробництво у великих кількостях, що швидко розширило використання постійного фериту. Як неметалічний магнітний матеріал, ферит не має таких недоліків, як легке окислення, низька температура Кюрі та висока вартість металевих матеріалів постійного магніту, тому він дуже популярний.
Самарієвий кобальт: матеріал постійного магніту з чудовими магнітними властивостями, який з’явився в середині 1960-х років і має дуже стабільну роботу. Самарієвий кобальт особливо підходить для виробництва двигунів з точки зору магнітних властивостей, але через його високу ціну він в основному використовується в дослідженнях і розробках військових двигунів, таких як авіація, космонавтика та зброя, а також двигунів у галузях високих технологій, де висока продуктивність і ціна - не головний фактор.
NdFeB: магнітний матеріал NdFeB — це сплав неодиму, оксиду заліза тощо, також відомий як магнітна сталь. Він має надзвичайно високу магнітну енергію та коерцитивну силу. У той же час переваги високої щільності енергії роблять матеріали постійного магніту NdFeB широко використовуваними в сучасній промисловості та електронних технологіях, що дозволяє мініатюризувати, полегшити та тоншити обладнання, таке як інструменти, електроакустичні двигуни, магнітне розділення та намагнічення. Оскільки він містить велику кількість неодиму та заліза, він легко піддається іржі. Хімічна пасивація поверхні є одним з найкращих рішень на даний момент.
Стійкість до корозії, максимальна робоча температура, продуктивність обробки, форма кривої розмагнічування,
і порівняння цін на матеріали постійного магніту, які зазвичай використовуються для двигунів (рис.)
2.Вплив форми та допуску магнітної сталі на продуктивність двигуна
1. Вплив магнітної товщини сталі
Коли внутрішнє або зовнішнє магнітопровод фіксується, повітряний зазор зменшується, а ефективний магнітний потік збільшується зі збільшенням товщини. Очевидним проявом є те, що швидкість холостого ходу зменшується, а струм холостого ходу зменшується при тому самому залишковому магнетизмі, а максимальна ефективність двигуна збільшується. Однак є й недоліки, такі як підвищена комутаційна вібрація двигуна та відносно крутіша крива ефективності двигуна. Тому товщина магнітної сталі двигуна повинна бути якомога стабільнішою, щоб зменшити вібрацію.
2.Вплив ширини магнітної сталі
Для близько розташованих магнітів безщіткового двигуна загальний сукупний зазор не може перевищувати 0,5 мм. Якщо він занадто малий, він не буде встановлений. Якщо він занадто великий, двигун буде вібрувати і знизити ефективність. Це пов’язано з тим, що положення елемента Холла, який вимірює положення магніту, не відповідає фактичному положенню магніту, а ширина повинна бути постійною, інакше двигун матиме низьку ефективність і сильну вібрацію.
Для щіткових двигунів існує певний зазор між магнітами, який зарезервований для перехідної зони механічної комутації. Незважаючи на наявність проміжків, більшість виробників мають суворі процедури встановлення магніту, щоб забезпечити точність встановлення, щоб забезпечити точне положення встановлення магніту двигуна. Якщо ширина магніту перевищує, він не буде встановлений; якщо ширина магніту занадто мала, це призведе до неправильного розташування магніту, двигун буде сильніше вібрувати та ефективність буде знижена.
3. Вплив розміру фаски магнітної сталі та без фаски
Якщо фаску не зробити, швидкість зміни магнітного поля на краю магнітного поля двигуна буде великою, що спричинить пульсацію двигуна. Чим більше фаска, тим менше вібрація. Однак зняття фаски зазвичай спричиняє певну втрату магнітного потоку. Для деяких специфікацій втрати магнітного потоку становлять 0,5–1,5%, коли фаска становить 0,8. Для щіткових двигунів із низьким залишковим магнетизмом належне зменшення розміру фаски допоможе компенсувати залишковий магнетизм, але пульсація двигуна збільшиться. Загалом кажучи, коли залишковий магнетизм низький, толерантність у напрямку довжини може бути відповідно збільшена, що може певною мірою збільшити ефективний магнітний потік і зберегти продуктивність двигуна в основному незмінною.
3. Примітки щодо двигунів з постійними магнітами
1. Будова та конструктивний розрахунок магнітного кола
Для повного використання магнітних властивостей різних матеріалів із постійними магнітами, особливо чудових магнітних властивостей рідкоземельних постійних магнітів, і виробництва економічно ефективних двигунів з постійними магнітами неможливо просто застосувати методи розрахунку конструкції та конструкції традиційні двигуни з постійними магнітами або двигуни з електромагнітним збудженням. Необхідно створити нові концепції дизайну для повторного аналізу та вдосконалення структури магнітного кола. Зі швидким розвитком комп’ютерного обладнання та програмного забезпечення, а також безперервним удосконаленням сучасних методів проектування, таких як чисельний розрахунок електромагнітного поля, оптимізаційного проектування та технології моделювання, а також завдяки спільним зусиллям академічних та інженерних спільнот двигунів, були досягнуті прориви. зроблено в теорії проектування, методах розрахунку, структурних процесах і технологіях керування двигунами з постійними магнітами, утворюючи повний набір методів аналізу та дослідження та програмне забезпечення для автоматизованого аналізу та проектування, яке поєднує чисельний розрахунок електромагнітного поля та аналітичне рішення еквівалентної магнітної схеми, і постійно вдосконалюється.
2. Проблема необоротного розмагнічування
Якщо конструкція або використання є неправильними, двигун з постійними магнітами може призвести до незворотного розмагнічування або розмагнічування, коли температура занадто висока (постійний магніт NdFeB) або занадто низька (постійний феритовий магніт), під час реакції якоря, спричиненої ударним струмом, або під сильними механічними вібраціями, що знизить продуктивність двигуна і навіть зробить його непридатним для використання. Таким чином, необхідно вивчити та розробити методи та пристрої, придатні для виробників двигунів, щоб перевірити термічну стабільність матеріалів постійного магніту та проаналізувати здатність до розмагнічування різних структурних форм, щоб можна було вжити відповідних заходів під час проектування та виробництва. щоб гарантувати, що двигун з постійним магнітом не втратить магнетизм.
3. Питання вартості
Оскільки рідкоземельні постійні магніти все ще відносно дорогі, вартість рідкоземельних двигунів з постійними магнітами, як правило, вища, ніж у двигунів з електричним збудженням, що потрібно компенсувати їх високою продуктивністю та економією експлуатаційних витрат. У деяких випадках, наприклад у двигунах звукової котушки для комп’ютерних дискових приводів, використання постійних магнітів NdFeB покращує продуктивність, значно зменшує об’єм і масу, а також зменшує загальні витрати. Під час проектування необхідно провести порівняння продуктивності та ціни на основі конкретних випадків використання та вимог, а також впровадити інноваційні структурні процеси та оптимізувати конструкції для зменшення витрат.
Anhui Mingteng Permanent Magnet Electromechanical Equipment Co., Ltd. (https://www.mingtengmotor.com/). Швидкість розмагнічування магнітної сталі двигуна з постійним магнітом становить не більше однієї тисячної на рік.
Матеріал постійного магніту для ротора двигуна з постійним магнітом нашої компанії використовує високомагнітну енергію продукту та високу власну коерцитивну силу, спечений NdFeB, а звичайні сорти N38SH, N38UH, N40UH, N42UH тощо. Візьмемо N38SH, широко використовуваний сорт нашої компанії , як приклад: 38- представляє максимальний продукт магнітної енергії 38MGOe; SH означає максимальну стійкість до температури 150 ℃. UH має максимальну термостійкість 180 ℃. Компанія розробила професійні інструменти та напрямні для складання магнітної сталі, а також якісно проаналізувала полярність зібраної магнітної сталі з розумними засобами, щоб відносне значення магнітного потоку кожної магнітної сталі було близьким, що забезпечує симетрію магнітного поля. схемою і якістю складання магнітної сталі.
Авторське право: ця стаття є передруком загальнодоступного номера WeChat “today's motor”, оригінальне посилання https://mp.weixin.qq.com/s/zZn3UsYZeDwicEDwIdsbPg
Ця стаття не відображає поглядів нашої компанії. Якщо у вас є інші думки чи погляди, виправте нас!
Час публікації: 30 серпня 2024 р