De ontwikkeling van motoren met permanente magneten is nauw verbonden met de ontwikkeling van materialen met permanente magneten. China is het eerste land ter wereld dat de magnetische eigenschappen van materialen met permanente magneten ontdekte en in de praktijk toepaste. Meer dan 2000 jaar geleden gebruikte China de magnetische eigenschappen van materialen met permanente magneten voor de productie van kompassen, die een belangrijke rol speelden in navigatie, defensie en andere sectoren, en uitgroeiden tot een van de vier grootste uitvindingen van het oude China.
De eerste motor ter wereld, die in de jaren 1920 verscheen, was een permanente-magneetmotor die permanente magneten gebruikte om magnetische excitatievelden op te wekken. Het materiaal van de permanente magneet dat destijds werd gebruikt, was echter natuurlijk magnetiet (Fe3O4), dat een zeer lage magnetische energiedichtheid had. De motor die hiervan werd gemaakt, was groot van formaat en werd al snel vervangen door de elektrische excitatiemotor.
Met de snelle ontwikkeling van verschillende motoren en de uitvinding van stroommagnetiseerders is er diepgaand onderzoek gedaan naar het mechanisme, de samenstelling en de productietechnologie van permanente magnetische materialen. Zo zijn er achtereenvolgens verschillende permanente magnetische materialen ontdekt, zoals koolstofstaal, wolfraamstaal (maximaal magnetisch energieproduct van ongeveer 2,7 kJ/m3) en kobaltstaal (maximaal magnetisch energieproduct van ongeveer 7,2 kJ/m3).
Met name de komst van aluminium-nikkel-kobalt permanente magneten in de jaren 30 (maximaal magnetisch energieproduct kan oplopen tot 85 kJ/m³) en ferriet permanente magneten in de jaren 50 (maximaal magnetisch energieproduct kan oplopen tot 40 kJ/m³) hebben de magnetische eigenschappen sterk verbeterd, waardoor diverse micro- en kleine motoren gebruik zijn gaan maken van permanente magneetexcitatie. Het vermogen van permanente magneetmotoren varieert van enkele milliwatts tot tientallen kilowatts. Ze worden veel gebruikt in de militaire, industriële en agrarische productie en in het dagelijks leven, en hun productie is dramatisch toegenomen.
Dienovereenkomstig zijn er in deze periode doorbraken bereikt in de ontwerptheorie, berekeningsmethoden, magnetisatie en productietechnologie van permanente magneetmotoren, wat heeft geleid tot een reeks analyse- en onderzoeksmethoden die worden weergegeven door de werkdiagrammethode van de permanente magneet. De coërcitiekracht van AlNiCo-permanente magneten is echter laag (36-160 kA/m) en de remanente magnetische dichtheid van ferriet-permanente magneten is niet hoog (0,2-0,44 T), wat hun toepassingsbereik in motoren beperkt.
Pas in de jaren 60 en 80 kwamen de zeldzame-aarde-kobalt-permanente magneten en neodymium-ijzer-borium-permanente magneten (gezamenlijk aangeduid als zeldzame-aarde-permanente magneten) één voor één op de markt. Hun uitstekende magnetische eigenschappen, zoals een hoge remanente magnetische dichtheid, hoge coërcitiekracht, hoog magnetisch energieproduct en lineaire demagnetisatiecurve, zijn bijzonder geschikt voor de productie van motoren en luidden zo een nieuw historisch tijdperk in voor de ontwikkeling van permanente-magneetmotoren.
1. Permanente magnetische materialen
De permanente magneetmaterialen die gewoonlijk in motoren worden gebruikt, zijn gesinterde magneten en gebonden magneten. De belangrijkste soorten zijn aluminium, nikkel, kobalt, ferriet, samarium, kobalt, neodymium, ijzer, borium, etc.
Alnico: Alnico permanent magneetmateriaal is een van de eerste algemeen gebruikte permanente magneetmaterialen. Het bereidingsproces en de technologie ervan zijn relatief volwassen.
Permanent ferriet: In de jaren 50 begon ferriet te floreren, vooral in de jaren 70, toen strontiumferriet met een goede coërciviteit en magnetische energieprestaties in grote hoeveelheden in productie werd genomen, waardoor het gebruik van permanent ferriet snel toenam. Als niet-metalen magnetisch materiaal heeft ferriet niet de nadelen van gemakkelijke oxidatie, lage Curietemperatuur en hoge kosten van metalen permanente magneetmaterialen, waardoor het erg populair is.
Samariumkobalt: Een permanent magneetmateriaal met uitstekende magnetische eigenschappen dat halverwege de jaren 60 op de markt kwam en zeer stabiele prestaties levert. Samariumkobalt is vanwege zijn magnetische eigenschappen bijzonder geschikt voor de productie van motoren, maar vanwege de hoge prijs wordt het vooral gebruikt in onderzoek en ontwikkeling van militaire motoren, zoals in de luchtvaart, ruimtevaart en wapenindustrie, en in hightechmotoren waar hoge prestaties en prijs niet de belangrijkste factoren zijn.
NdFeB: NdFeB magnetisch materiaal is een legering van neodymium, ijzeroxide, enz., ook wel bekend als magnetisch staal. Het heeft een extreem hoog magnetisch energieproduct en een extreem hoge coërcitiekracht. Tegelijkertijd maken de voordelen van een hoge energiedichtheid NdFeB permanente magneetmaterialen veelgebruikt in de moderne industrie en elektronische technologie. Dit maakt het mogelijk om apparatuur zoals instrumenten, elektroakoestische motoren, magnetische scheiding en magnetisatie te miniaturiseren, lichter en dunner te maken. Omdat het een grote hoeveelheid neodymium en ijzer bevat, roest het gemakkelijk. Oppervlaktechemische passivering is momenteel een van de beste oplossingen.
Corrosiebestendigheid, maximale bedrijfstemperatuur, verwerkingsprestaties, vorm van demagnetisatiecurve,
en prijsvergelijking van veelgebruikte permanente magneetmaterialen voor motoren (figuur)
2.De invloed van de vorm en tolerantie van magnetisch staal op de motorprestaties
1. Invloed van magnetische staaldikte
Wanneer het binnenste of buitenste magnetische circuit vast is, neemt de luchtspleet af en neemt de effectieve magnetische flux toe naarmate de dikte toeneemt. Het voor de hand liggende gevolg hiervan is dat het onbelaste toerental afneemt en de onbelaste stroom afneemt bij gelijkblijvend restmagnetisme, waardoor het maximale rendement van de motor toeneemt. Er zijn echter ook nadelen, zoals verhoogde commutatievibratie van de motor en een relatief steilere rendementscurve van de motor. Daarom moet de dikte van het magnetische staal van de motor zo constant mogelijk zijn om trillingen te verminderen.
2. Invloed van de magnetische staalbreedte
Voor dicht op elkaar geplaatste borstelloze motormagneten mag de totale cumulatieve opening niet groter zijn dan 0,5 mm. Als deze te klein is, wordt deze niet geïnstalleerd. Als deze te groot is, trilt de motor en neemt het rendement af. Dit komt doordat de positie van het Hall-element dat de positie van de magneet meet, niet overeenkomt met de werkelijke positie van de magneet. De breedte moet consistent zijn, anders zal de motor een laag rendement en veel trillingen hebben.
Bij borstelmotoren is er een zekere opening tussen de magneten, die is gereserveerd voor de overgangszone van de mechanische commutatie. Hoewel er een opening is, hanteren de meeste fabrikanten strikte installatieprocedures voor magneten om de installatienauwkeurigheid te garanderen en zo de juiste installatiepositie van de motormagneet te garanderen. Als de breedte van de magneet te groot is, wordt deze niet geïnstalleerd; als de breedte van de magneet te klein is, raakt de magneet scheef, trilt de motor meer en neemt het rendement af.
3. De invloed van de afschuining van magnetisch staal en het niet-afschuinen
Als de afschuining niet wordt uitgevoerd, zal de veranderingssnelheid van het magnetische veld aan de rand van het magnetische veld van de motor groot zijn, wat pulsatie van de motor veroorzaakt. Hoe groter de afschuining, hoe kleiner de trilling. Afschuining veroorzaakt echter over het algemeen een zeker verlies aan magnetische flux. Voor sommige specificaties bedraagt het verlies aan magnetische flux 0,5 tot 1,5% bij een afschuining van 0,8%. Voor borstelmotoren met een laag restmagnetisme zal het op passende wijze verkleinen van de afschuining helpen om het restmagnetisme te compenseren, maar de pulsatie van de motor zal toenemen. Over het algemeen kan bij een laag restmagnetisme de tolerantie in de lengterichting op passende wijze worden vergroot, waardoor de effectieve magnetische flux tot op zekere hoogte kan worden verhoogd en de prestaties van de motor in principe ongewijzigd blijven.
3. Opmerkingen over permanente magneetmotoren
1. Magnetische circuitstructuur en ontwerpberekening
Om de magnetische eigenschappen van verschillende permanente magneetmaterialen, met name de uitstekende magnetische eigenschappen van zeldzame-aarde permanente magneten, volledig te benutten en kosteneffectieve permanente magneetmotoren te produceren, is het niet mogelijk om simpelweg de structuur- en ontwerpberekeningsmethoden van traditionele permanente magneetmotoren of elektromagnetische excitatiemotoren toe te passen. Nieuwe ontwerpconcepten moeten worden ontwikkeld om de structuur van het magnetische circuit opnieuw te analyseren en te verbeteren. Met de snelle ontwikkeling van computerhardware en -software, evenals de voortdurende verbetering van moderne ontwerpmethoden zoals numerieke berekening van elektromagnetische velden, optimalisatieontwerp en simulatietechnologie, en door de gezamenlijke inspanningen van de academische en technische motorgemeenschap, zijn doorbraken bereikt in de ontwerptheorie, berekeningsmethoden, structurele processen en regeltechnologieën van permanente magneetmotoren. Dit resulteert in een complete set analyse- en onderzoeksmethoden en computerondersteunde analyse- en ontwerpsoftware die numerieke berekening van elektromagnetische velden en equivalente analytische oplossingen voor magnetische circuits combineert en continu wordt verbeterd.
2. Onomkeerbaar demagnetisatieprobleem
Bij onjuist ontwerp of gebruik kan de permanente magneetmotor onomkeerbare demagnetisatie of demagnetisatie veroorzaken bij een te hoge (NdFeB permanente magneet) of te lage (ferriet permanente magneet), onder invloed van de ankerreactie door de impactstroom, of bij sterke mechanische trillingen. Dit kan de prestaties van de motor verminderen en zelfs onbruikbaar maken. Daarom is het noodzakelijk om methoden en apparaten te bestuderen en te ontwikkelen die geschikt zijn voor motorfabrikanten om de thermische stabiliteit van permanente magneetmaterialen te controleren en de anti-demagnetisatiecapaciteiten van verschillende structurele vormen te analyseren, zodat tijdens het ontwerp en de productie passende maatregelen kunnen worden genomen om ervoor te zorgen dat de permanente magneetmotor geen magnetisme verliest.
3. Kostenproblemen
Omdat zeldzame-aarde-permanente magneten nog steeds relatief duur zijn, zijn de kosten van motoren met zeldzame-aarde-permanente magneten over het algemeen hoger dan die van elektrische excitatiemotoren. Dit moet worden gecompenseerd door de hoge prestaties en de besparingen op de bedrijfskosten. In sommige gevallen, zoals bij spreekspoelmotoren voor computerdiskdrives, verbetert het gebruik van NdFeB-permanente magneten de prestaties, vermindert het volume en de massa aanzienlijk en verlaagt het de totale kosten. Bij het ontwerpen is het noodzakelijk om prestaties en prijs te vergelijken op basis van specifieke gebruikssituaties en -vereisten, en om structurele processen te innoveren en ontwerpen te optimaliseren om kosten te verlagen.
Anhui Mingteng Permanent Magnet Elektromechanische Apparatuur Co., Ltd.https://www.mingtengmotor.com/De demagnetisatiesnelheid van magnetisch staal voor permanente magneetmotoren bedraagt niet meer dan een duizendste per jaar.
Het permanente magneetmateriaal van de permanente magneetmotorrotor van ons bedrijf maakt gebruik van gesinterd NdFeB met een hoog magnetisch energieproduct en een hoge intrinsieke coërciviteit. De conventionele kwaliteiten zijn N38SH, N38UH, N40UH, N42UH, enz. Neem N38SH, een veelgebruikte kwaliteit van ons bedrijf, als voorbeeld: 38- vertegenwoordigt het maximale magnetische energieproduct van 38MGOe; SH vertegenwoordigt de maximale temperatuurbestendigheid van 150 ℃. UH heeft een maximale temperatuurbestendigheid van 180 ℃. Het bedrijf heeft professionele gereedschappen en geleide-inrichtingen ontworpen voor de assemblage van magnetisch staal en de polariteit van het geassembleerde magnetische staal kwalitatief geanalyseerd met redelijke middelen, zodat de relatieve magnetische fluxwaarde van elk magnetisch staal met sleuven dicht bij elkaar ligt, wat de symmetrie van het magnetische circuit en de kwaliteit van de magnetische staalassemblage garandeert.
Copyright: Dit artikel is een herdruk van het openbare nummer “today's motor” van WeChat, de originele link https://mp.weixin.qq.com/s/zZn3UsYZeDwicEDwIdsbPg
Dit artikel geeft niet de mening van ons bedrijf weer. Als u een andere mening of visie heeft, corrigeer ons dan!
Plaatsingstijd: 30-08-2024