Развитието на двигатели с постоянен магнит е тясно свързано с разработването на материали с постоянен магнит. Китай е първата страна в света, която открива магнитните свойства на материалите с постоянен магнит и ги прилага на практика. Преди повече от 2000 години Китай използва магнитните свойства на материалите с постоянен магнит, за да направи компаси, които изиграха огромна роля в навигацията, военните и други области и станаха едно от четирите велики изобретения на древен Китай.
Първият двигател в света, който се появява през 20-те години на миналия век, е двигател с постоянен магнит, който използва постоянни магнити за генериране на възбуждащи магнитни полета. Въпреки това, постоянният магнитен материал, използван по това време, е естествен магнетит (Fe3O4), който има много ниска плътност на магнитната енергия. Двигателят, направен от него, беше с големи размери и скоро беше заменен от електрически двигател с възбуждане.
С бързото развитие на различни двигатели и изобретяването на настоящите магнетизатори, хората са провели задълбочени изследвания на механизма, състава и технологията на производство на постоянни магнитни материали и последователно са открили различни постоянни магнитни материали като въглеродна стомана, волфрам стомана (максимален магнитен енергиен продукт от около 2,7 kJ/m3) и кобалтова стомана (максимален магнитен енергиен продукт от около 7,2 kJ/m3).
По-специално, появата на алуминиево-никелови и кобалтови постоянни магнити през 30-те години на миналия век (максимален магнитен енергиен продукт може да достигне 85 kJ/m3) и феритни постоянни магнити през 50-те години (максимален магнитен енергиен продукт може да достигне 40 kJ/m3) имат значително подобрени магнитни свойства и различни микро и малки двигатели започнаха да използват възбуждане с постоянен магнит. Мощността на двигателите с постоянен магнит варира от няколко миливата до десетки киловати. Те се използват широко във военното, промишленото и селскостопанското производство и ежедневието, а производството им се е увеличило драстично.
Съответно през този период са направени пробиви в теорията на дизайна, методите за изчисление, намагнитването и производствената технология на двигатели с постоянен магнит, образувайки набор от методи за анализ и изследване, представени от диаграмния метод на работната диаграма на постоянния магнит. Коерцитивната сила на постоянните магнити AlNiCo обаче е ниска (36-160 kA/m), а остатъчната магнитна плътност на феритните постоянни магнити не е висока (0,2-0,44 T), което ограничава обхвата им на приложение в двигатели.
Едва през 60-те и 80-те години на миналия век редкоземните постоянни магнити с кобалт и неодимовите желязо-борни постоянни магнити (общо наричани постоянни магнити с редки земни елементи) излязоха един след друг. Техните отлични магнитни свойства на висока остатъчна магнитна плътност, висока коерцитивна сила, продукт с висока магнитна енергия и линейна крива на размагнитване са особено подходящи за производство на двигатели, като по този начин въвеждат развитието на двигателите с постоянен магнит в нов исторически период.
1. Постоянни магнитни материали
Материалите с постоянни магнити, които обикновено се използват в двигателите, включват синтеровани магнити и свързани магнити, основните видове са алуминий, никел, кобалт, ферит, самариев кобалт, неодимов желязо, бор и др.
Alnico: Материалът с постоянен магнит Alnico е един от най-ранните широко използвани материали с постоянен магнит и процесът и технологията му на подготовка са относително зрели.
Постоянен ферит: През 50-те години феритът започва да процъфтява, особено през 70-те години, когато стронциевият ферит с добра коерцитивност и магнитна енергийна производителност е пуснат в производство в големи количества, бързо разширявайки употребата на постоянен ферит. Като неметален магнитен материал, феритът няма недостатъците на лесно окисление, ниска температура на Кюри и висока цена на металните постоянни магнитни материали, така че е много популярен.
Самариев кобалт: Материал с постоянен магнит с отлични магнитни свойства, появил се в средата на 60-те години и има много стабилна производителност. Самариевият кобалт е особено подходящ за производство на двигатели по отношение на магнитните свойства, но поради високата си цена той се използва главно в изследванията и развитието на военни двигатели като авиация, космонавтика и оръжия, както и двигатели във високотехнологични области, където високата производителност и цената не са основният фактор.
NdFeB: Магнитният материал NdFeB е сплав от неодим, железен оксид и др., известен също като магнитна стомана. Той има изключително висок магнитен енергиен продукт и коерцитивна сила. В същото време предимствата на високата енергийна плътност правят материалите с постоянен магнит NdFeB широко използвани в съвременната индустрия и електронни технологии, което прави възможно миниатюризирането, олекотяването и изтъняването на оборудване като инструменти, електроакустични двигатели, магнитно разделяне и намагнитване. Тъй като съдържа голямо количество неодим и желязо, лесно ръждясва. Повърхностното химическо пасивиране е едно от най-добрите решения в момента.
Устойчивост на корозия, максимална работна температура, производителност на обработка, форма на кривата на размагнитване,
и сравнение на цените на често използвани материали с постоянен магнит за двигатели (Фигура)
2.Влиянието на формата и толеранса на магнитната стомана върху работата на двигателя
1. Влияние на дебелината на магнитната стомана
Когато вътрешната или външната магнитна верига е фиксирана, въздушната междина намалява и ефективният магнитен поток се увеличава, когато дебелината се увеличава. Очевидното проявление е, че скоростта на празен ход намалява и токът на празен ход намалява при същия остатъчен магнетизъм, а максималната ефективност на двигателя се увеличава. Съществуват обаче и недостатъци, като повишена комутационна вибрация на двигателя и относително по-стръмна крива на ефективност на двигателя. Следователно дебелината на магнитната стомана на двигателя трябва да бъде възможно най-постоянна, за да се намалят вибрациите.
2. Влияние на ширината на магнитната стомана
За близко разположени безчеткови моторни магнити общата кумулативна междина не може да надвишава 0,5 mm. Ако е твърде малък, няма да бъде инсталиран. Ако е твърде голям, моторът ще вибрира и ще намали ефективността. Това е така, защото позицията на елемента на Хол, който измерва позицията на магнита, не съответства на действителната позиция на магнита и ширината трябва да е последователна, в противен случай моторът ще има ниска ефективност и големи вибрации.
При двигателите с четка има известна междина между магнитите, която е запазена за преходната зона на механичната комутация. Въпреки че има пропуск, повечето производители имат строги процедури за инсталиране на магнит, за да осигурят точността на монтажа, за да осигурят точната позиция на монтаж на магнита на двигателя. Ако ширината на магнита надвишава, той няма да бъде инсталиран; ако ширината на магнита е твърде малка, това ще доведе до неправилно подравняване на магнита, двигателят ще вибрира повече и ефективността ще бъде намалена.
3. Влиянието на размера на фаската на магнитната стомана и без фаската
Ако скосяването не е направено, скоростта на промяна на магнитното поле на ръба на магнитното поле на двигателя ще бъде голяма, причинявайки пулсации на двигателя. Колкото по-голяма е фаската, толкова по-малка е вибрацията. Въпреки това, скосяването обикновено причинява известна загуба на магнитен поток. За някои спецификации загубата на магнитен поток е 0,5~1,5%, когато скосяването е 0,8. За двигатели с четка с нисък остатъчен магнетизъм, подходящото намаляване на размера на фаската ще помогне за компенсиране на остатъчния магнетизъм, но пулсацията на двигателя ще се увеличи. Най-общо казано, когато остатъчният магнетизъм е нисък, толерансът в посоката на дължината може да бъде подходящо увеличен, което може да увеличи ефективния магнитен поток до известна степен и да запази работата на двигателя основно непроменена.
3. Бележки за двигатели с постоянен магнит
1. Структура на магнитната верига и изчисление на дизайна
За да се даде пълна игра на магнитните свойства на различни постоянни магнитни материали, особено отличните магнитни свойства на редкоземните постоянни магнити, и да се произвеждат рентабилни двигатели с постоянен магнит, не е възможно просто да се приложат методите за изчисляване на структурата и дизайна на традиционни двигатели с постоянен магнит или двигатели с електромагнитно възбуждане. Трябва да се установят нови концепции за дизайн, за да се анализира отново и подобри структурата на магнитната верига. С бързото развитие на компютърните хардуерни и софтуерни технологии, както и с непрекъснатото усъвършенстване на съвременните методи за проектиране, като числено изчисляване на електромагнитно поле, оптимизационен дизайн и симулационна технология, и чрез съвместните усилия на академичните и инженерните общности на двигателите, бяха постигнати пробиви направени в теорията на дизайна, методите за изчисление, структурните процеси и технологиите за управление на двигатели с постоянен магнит, образувайки пълен набор от методи за анализ и изследване и компютърно подпомаган софтуер за анализ и проектиране, който съчетава числено изчисление на електромагнитно поле и аналитично решение за еквивалентна магнитна верига, и се подобрява непрекъснато.
2. Проблем с необратимо размагнитване
Ако дизайнът или употребата са неправилни, двигателят с постоянен магнит може да доведе до необратимо размагнитване или размагнитване, когато температурата е твърде висока (NdFeB постоянен магнит) или твърде ниска (феритен постоянен магнит), под реакцията на котвата, причинена от тока на удара, или под силна механична вибрация, която ще намали производителността на двигателя и дори ще го направи неизползваем. Следователно е необходимо да се проучат и разработят методи и устройства, подходящи за производителите на двигатели, за да се провери термичната стабилност на материалите с постоянни магнити и да се анализират способностите за размагнитване на различни структурни форми, така че да могат да се вземат съответните мерки по време на проектирането и производството. за да се гарантира, че двигателят с постоянен магнит няма да загуби магнетизъм.
3. Проблеми с разходите
Тъй като редкоземните постоянни магнити все още са сравнително скъпи, цената на двигателите с постоянен магнит с редкоземни елементи обикновено е по-висока от тази на двигателите с електрическо възбуждане, което трябва да бъде компенсирано от високата им производителност и спестяванията на оперативни разходи. В някои случаи, като например двигатели с гласова бобина за компютърни дискови устройства, използването на постоянни магнити NdFeB подобрява производителността, значително намалява обема и масата и намалява общите разходи. При проектирането е необходимо да се направи сравнение на производителността и цената въз основа на конкретни случаи на употреба и изисквания и да се направят иновации в структурните процеси и да се оптимизират дизайните, за да се намалят разходите.
Anhui Mingteng Permanent Magnet Electromechanical Equipment Co., Ltd. (https://www.mingtengmotor.com/). Скоростта на размагнитване на магнитната стомана на двигателя с постоянен магнит е не повече от една хилядна на година.
Материалът с постоянен магнит на ротора на двигателя с постоянен магнит на нашата компания използва продукт с висока магнитна енергия и синтерован NdFeB с висока вътрешна коерцитивност, а конвенционалните класове са N38SH, N38UH, N40UH, N42UH и др. Вземете N38SH, често използван клас на нашата компания , като пример: 38- представлява максималния магнитен енергиен продукт от 38MGOe; SH представлява максимална устойчивост на температура от 150 ℃. UH има максимална температурна устойчивост от 180 ℃. Компанията е проектирала професионална инструментална екипировка и направляващи приспособления за сглобяване на магнитна стомана и е анализирала качествено полярността на сглобената магнитна стомана с разумни средства, така че стойността на относителния магнитен поток на всяка слотова магнитна стомана да е близка, което гарантира симетрията на магнитната верига и качеството на монтажа на магнитната стомана.
Авторски права: Тази статия е препечатка на публичния номер на WeChat „днешният двигател“, оригиналната връзка https://mp.weixin.qq.com/s/zZn3UsYZeDwicEDwIdsbPg
Тази статия не представя възгледите на нашата компания. Ако имате различни мнения или възгледи, моля, коригирайте ни!
Време на публикуване: 30 август 2024 г