Разработка двигателей с постоянными магнитами тесно связана с разработкой материалов для постоянных магнитов. Китай — первая страна в мире, открывшая магнитные свойства материалов с постоянными магнитами и применившая их на практике. Более 2000 лет назад Китай использовал магнитные свойства материалов с постоянными магнитами для изготовления компасов, которые сыграли огромную роль в навигации, военной и других областях и стали одним из четырех величайших изобретений древнего Китая.
Первый двигатель в мире, появившийся в 1920-х годах, представлял собой двигатель с постоянными магнитами, в котором постоянные магниты использовались для создания магнитных полей возбуждения. Однако материалом постоянного магнита, использовавшимся в то время, был природный магнетит (Fe3O4), который имел очень низкую плотность магнитной энергии. Изготовленный из него двигатель имел большие размеры и вскоре был заменен двигателем с электрическим возбуждением.
Благодаря быстрому развитию различных двигателей и изобретению намагничивателей тока люди провели углубленные исследования механизма, состава и технологии производства постоянных магнитных материалов и последовательно открыли множество постоянных магнитных материалов, таких как углеродистая сталь, вольфрам. сталь (максимальное магнитное энергетическое произведение около 2,7 кДж/м3) и кобальтовая сталь (максимальное магнитное энергетическое произведение около 7,2 кДж/м3).
В частности, появление постоянных магнитов алюминий-никель-кобальт в 1930-х годах (максимальное произведение магнитной энергии может достигать 85 кДж/м3) и ферритовых постоянных магнитов в 1950-х годах (максимальное произведение магнитной энергии может достигать 40 кДж/м3) значительно улучшило магнитные свойства. , а различные микро- и небольшие двигатели начали использовать возбуждение от постоянных магнитов. Мощность двигателей с постоянными магнитами колеблется от нескольких милливатт до десятков киловатты. Они широко используются в военном, промышленном и сельскохозяйственном производстве и повседневной жизни, а их выпуск резко увеличился.
Соответственно, за этот период были сделаны прорывы в теории проектирования, методах расчета, намагничивания и технологии изготовления двигателей с постоянными магнитами, сформировав комплекс методов анализа и исследования, представленный методом диаграммы рабочих схем постоянных магнитов. Однако коэрцитивная сила постоянных магнитов AlNiCo невелика (36-160 кА/м), а остаточная магнитная плотность ферритовых постоянных магнитов невелика (0,2-0,44 Тл), что ограничивает область их применения в двигателях.
Лишь в 1960-х и 1980-х годах один за другим появились редкоземельные постоянные магниты из кобальта и неодимовые железо-борные постоянные магниты (вместе называемые редкоземельными постоянными магнитами). Их превосходные магнитные свойства с высокой остаточной магнитной плотностью, высокой коэрцитивной силой, высокой магнитной энергией и линейной кривой размагничивания особенно подходят для производства двигателей, открывая таким образом развитие двигателей с постоянными магнитами в новый исторический период.
1. Постоянные магнитные материалы
Материалы постоянных магнитов, обычно используемые в двигателях, включают спеченные магниты и магниты на связке, основными типами являются алюминий, никель, кобальт, феррит, самарий, кобальт, неодим, железо, бор и т. Д.
Алнико: материал для постоянных магнитов Алнико является одним из первых широко используемых материалов для постоянных магнитов, а процесс и технология его изготовления относительно зрелы.
Постоянный феррит: В 1950-х годах феррит начал процветать, особенно в 1970-х годах, когда в больших количествах был запущен в производство феррит стронция с хорошей коэрцитивной силой и характеристиками магнитной энергии, что быстро расширило использование постоянного феррита. Как неметаллический магнитный материал, феррит не имеет таких недостатков, как легкое окисление, низкая температура Кюри и высокая стоимость металлических материалов с постоянными магнитами, поэтому он очень популярен.
Самарий-кобальт: материал для постоянных магнитов с превосходными магнитными свойствами, появившийся в середине 1960-х годов и обладающий очень стабильными характеристиками. Самарий-кобальт особенно подходит для производства двигателей с точки зрения магнитных свойств, но из-за своей высокой цены он в основном используется в исследованиях и разработках военных двигателей, таких как авиация, аэрокосмическая промышленность и вооружение, а также двигателей в высокотехнологичных областях, где высокая производительность и цена не являются главным фактором.
NdFeB: Магнитный материал NdFeB представляет собой сплав неодима, оксида железа и т. д., также известный как магнитная сталь. Он имеет чрезвычайно высокую магнитную энергию и коэрцитивную силу. В то же время преимущества высокой плотности энергии делают материалы постоянных магнитов NdFeB широко используемыми в современной промышленности и электронных технологиях, позволяя миниатюризировать, облегчить и утончить такое оборудование, как приборы, электроакустические двигатели, магнитную сепарацию и намагничивание. Поскольку он содержит большое количество неодима и железа, он легко ржавеет. Химическая пассивация поверхности является одним из лучших решений в настоящее время.
Коррозионная стойкость, максимальная рабочая температура, производительность обработки, форма кривой размагничивания,
и сравнение цен на обычно используемые материалы с постоянными магнитами для двигателей (рис.)
2.Влияние формы и допусков магнитной стали на характеристики двигателя
1. Влияние толщины магнитной стали
Когда внутренняя или внешняя магнитная цепь фиксирована, воздушный зазор уменьшается, а эффективный магнитный поток увеличивается с увеличением толщины. Очевидным проявлением является то, что скорость холостого хода уменьшается, а ток холостого хода уменьшается при том же остаточном магнетизме, а максимальный КПД двигателя увеличивается. Однако имеются и недостатки, такие как повышенная коммутационная вибрация двигателя и относительно более крутая кривая КПД двигателя. Поэтому толщина магнитной стали двигателя должна быть как можно более постоянной, чтобы снизить вибрацию.
2. Влияние ширины магнитной стали
Для близко расположенных магнитов бесщеточного двигателя общий совокупный зазор не может превышать 0,5 мм. Если он слишком мал, он не будет установлен. Если он слишком велик, двигатель будет вибрировать и снизить эффективность. Это связано с тем, что положение элемента Холла, который измеряет положение магнита, не соответствует фактическому положению магнита, а ширина должна быть постоянной, иначе двигатель будет иметь низкий КПД и сильную вибрацию.
У коллекторных двигателей между магнитами имеется определенный зазор, отведенный для переходной зоны механической коммутации. Хотя существует пробел, у большинства производителей есть строгие процедуры установки магнита, чтобы обеспечить точность установки и точное положение установки магнита двигателя. Если ширина магнита превышает его, он не будет установлен; Если ширина магнита слишком мала, это приведет к смещению магнита, увеличению вибрации двигателя и снижению эффективности.
3. Влияние размера фаски магнитной стали и отсутствия фаски.
Если фаска не сделана, скорость изменения магнитного поля на краю магнитного поля двигателя будет большой, вызывая пульсацию двигателя. Чем больше фаска, тем меньше вибрация. Однако снятие фаски обычно приводит к определенной потере магнитного потока. Для некоторых спецификаций потеря магнитного потока составляет 0,5–1,5% при фаске 0,8. Для щеточных двигателей с низким остаточным намагничиванием соответствующее уменьшение размера фаски поможет компенсировать остаточный намагниченность, но пульсация двигателя увеличится. Вообще говоря, когда остаточный магнетизм низкий, допуск в направлении длины может быть соответствующим образом увеличен, что может в определенной степени увеличить эффективный магнитный поток и сохранить практически неизменными характеристики двигателя.
3.Примечания по двигателям с постоянными магнитами
1. Структура магнитной цепи и расчет конструкции.
Чтобы в полной мере раскрыть магнитные свойства различных материалов с постоянными магнитами, особенно превосходные магнитные свойства редкоземельных постоянных магнитов, и изготовить экономичные двигатели с постоянными магнитами, невозможно просто применить методы расчета конструкции и конструкции, традиционные двигатели с постоянными магнитами или двигатели с электромагнитным возбуждением. Необходимо разработать новые концепции проектирования для повторного анализа и улучшения структуры магнитной цепи. Благодаря быстрому развитию компьютерного оборудования и технологий программного обеспечения, а также постоянному совершенствованию современных методов проектирования, таких как численный расчет электромагнитного поля, оптимизация проектирования и технологии моделирования, а также благодаря совместным усилиям автомобильных академических и инженерных сообществ, были достигнуты прорывы. выполненные в теории проектирования, методах расчета, структурных процессах и технологиях управления двигателями с постоянными магнитами, образующие полный набор методов анализа и исследования, а также программное обеспечение для компьютерного анализа и проектирования, которое сочетает в себе численный расчет электромагнитного поля и аналитическое решение эквивалентной магнитной цепи, и постоянно совершенствуется.
2. Проблема необратимого размагничивания.
При неправильной конструкции или использовании двигатель с постоянными магнитами может вызвать необратимое размагничивание или размагничивание при слишком высокой температуре (постоянный магнит NdFeB) или слишком низкой (постоянный ферритовый магнит) под действием реакции якоря, вызванной ударным током, или под сильной механической вибрацией, которая снизит производительность двигателя и даже сделает его непригодным для использования. Поэтому необходимо изучить и разработать методы и устройства, подходящие для производителей двигателей, для проверки термической стабильности материалов постоянных магнитов, а также для анализа антиразмагничивающих способностей различных структурных форм, чтобы можно было принять соответствующие меры при проектировании и производстве. чтобы гарантировать, что двигатель с постоянными магнитами не потеряет магнетизм.
3. Проблемы стоимости
Поскольку редкоземельные постоянные магниты по-прежнему относительно дороги, стоимость двигателей с редкоземельными постоянными магнитами обычно выше, чем стоимость двигателей с электрическим возбуждением, что должно быть компенсировано их высокой производительностью и экономией эксплуатационных расходов. В некоторых случаях, например, в двигателях со звуковой катушкой для компьютерных дисководов, использование постоянных магнитов NdFeB повышает производительность, значительно уменьшает объем и массу и снижает общие затраты. При проектировании необходимо сравнивать производительность и цену с учетом конкретных случаев использования и требований, а также внедрять инновации в структурные процессы и оптимизировать конструкции для снижения затрат.
Аньхойская компания электромеханического оборудования с постоянными магнитами Mingteng, Ltd. (https://www.mingtengmotor.com/). Скорость размагничивания магнитной стали двигателя с постоянными магнитами составляет не более одной тысячной в год.
В качестве материала постоянного магнита ротора двигателя с постоянными магнитами нашей компании используется продукт с высокой магнитной энергией и спеченный NdFeB с высокой собственной коэрцитивной силой, а обычные марки: N38SH, N38UH, N40UH, N42UH и т. д. Возьмите N38SH, широко используемый сорт нашей компании. , например: 38- представляет собой максимальное произведение магнитной энергии 38MGOe; SH представляет максимальную термостойкость 150 ℃. UH имеет максимальную термостойкость 180 ℃. Компания разработала профессиональные инструменты и направляющие приспособления для сборки магнитной стали, а также качественно проанализировала полярность собранной магнитной стали разумными способами, чтобы значение относительного магнитного потока каждой прорези магнитной стали было близким, что обеспечивает симметрию магнитной стали. схема и качество сборки магнитной стали.
Авторские права: Эта статья является перепечаткой общедоступного номера WeChat «Сегодняшний мотор», исходная ссылка https://mp.weixin.qq.com/s/zZn3UsYZeDwicEDwIdsbPg.
Эта статья не отражает точку зрения нашей компании. Если у вас другое мнение или взгляды, пожалуйста, поправьте нас!
Время публикации: 30 августа 2024 г.