Lo sviluppo dei motori a magneti permanenti è strettamente correlato allo sviluppo dei materiali a magneti permanenti. La Cina è il primo paese al mondo a scoprire le proprietà magnetiche dei materiali magnetici permanenti e ad applicarle nella pratica. Più di 2.000 anni fa, la Cina utilizzò le proprietà magnetiche dei materiali magnetici permanenti per realizzare bussole, che giocarono un ruolo enorme nella navigazione, nel campo militare e in altri campi, e divennero una delle quattro grandi invenzioni dell'antica Cina.
Il primo motore al mondo, apparso negli anni '20, era un motore a magneti permanenti che utilizzava magneti permanenti per generare campi magnetici di eccitazione. Tuttavia, il materiale magnetico permanente utilizzato a quel tempo era la magnetite naturale (Fe3O4), che aveva una densità di energia magnetica molto bassa. Il motore che ne derivava era di grandi dimensioni e fu presto sostituito dal motore elettrico ad eccitazione.
Con il rapido sviluppo di vari motori e l'invenzione degli attuali magnetizzatori, le persone hanno condotto ricerche approfondite sul meccanismo, sulla composizione e sulla tecnologia di produzione dei materiali magnetici permanenti e hanno successivamente scoperto una varietà di materiali magnetici permanenti come acciaio al carbonio, tungsteno acciaio (prodotto massimo di energia magnetica di circa 2,7 kJ/m3) e acciaio al cobalto (prodotto massimo di energia magnetica di circa 7,2 kJ/m3).
In particolare, la comparsa dei magneti permanenti in alluminio-nichel-cobalto negli anni '30 (il prodotto massimo di energia magnetica può raggiungere 85 kJ/m3) e dei magneti permanenti in ferrite negli anni '50 (il prodotto massimo di energia magnetica può raggiungere 40 kJ/m3) hanno notevolmente migliorato le proprietà magnetiche. e vari micro e piccoli motori hanno iniziato a utilizzare l'eccitazione a magnete permanente. La potenza dei motori a magneti permanenti varia da pochi milliwatt a decine di kilowatt. Sono ampiamente utilizzati nella produzione militare, industriale e agricola e nella vita quotidiana e la loro produzione è aumentata notevolmente.
Di conseguenza, durante questo periodo, sono stati fatti progressi nella teoria della progettazione, nei metodi di calcolo, nella magnetizzazione e nella tecnologia di produzione dei motori a magneti permanenti, formando una serie di metodi di analisi e ricerca rappresentati dal metodo del diagramma del diagramma di funzionamento del magnete permanente. Tuttavia, la forza coercitiva dei magneti permanenti AlNiCo è bassa (36-160 kA/m) e la densità magnetica rimanente dei magneti permanenti in ferrite non è elevata (0,2-0,44 T), il che limita il loro campo di applicazione nei motori.
Fu solo negli anni '60 e '80 che i magneti permanenti al cobalto delle terre rare e i magneti permanenti al neodimio ferro boro (collettivamente denominati magneti permanenti delle terre rare) vennero fuori uno dopo l'altro. Le loro eccellenti proprietà magnetiche di elevata densità magnetica rimanente, elevata forza coercitiva, elevato prodotto di energia magnetica e curva di smagnetizzazione lineare sono particolarmente adatte per la produzione di motori, inaugurando così lo sviluppo dei motori a magneti permanenti in un nuovo periodo storico.
1.Materiali magnetici permanenti
I materiali a magneti permanenti comunemente utilizzati nei motori includono magneti sinterizzati e magneti legati, i tipi principali sono alluminio nichel cobalto, ferrite, samario cobalto, neodimio ferro boro, ecc.
Alnico: il materiale a magnete permanente Alnico è uno dei primi materiali a magnete permanente ampiamente utilizzati e il suo processo di preparazione e la sua tecnologia sono relativamente maturi.
Ferrite permanente: negli anni '50, la ferrite iniziò a fiorire, soprattutto negli anni '70, quando la ferrite di stronzio con buona coercività e prestazioni di energia magnetica fu messa in produzione in grandi quantità, espandendo rapidamente l'uso della ferrite permanente. Essendo un materiale magnetico non metallico, la ferrite non presenta gli svantaggi della facile ossidazione, della bassa temperatura di Curie e dell'alto costo dei materiali metallici a magneti permanenti, quindi è molto popolare.
Samario-cobalto: un materiale a magnete permanente con eccellenti proprietà magnetiche emerso a metà degli anni '60 e con prestazioni molto stabili. Il samario cobalto è particolarmente adatto per la produzione di motori in termini di proprietà magnetiche, ma a causa del suo prezzo elevato viene utilizzato principalmente nella ricerca e nello sviluppo di motori militari come l'aviazione, l'aerospaziale e le armi, e motori in campi ad alta tecnologia dove le prestazioni elevate e il prezzo non sono il fattore principale.
NdFeB: il materiale magnetico NdFeB è una lega di neodimio, ossido di ferro, ecc., noto anche come acciaio magnetico. Ha un prodotto energetico magnetico estremamente elevato e una forza coercitiva. Allo stesso tempo, i vantaggi dell'elevata densità di energia rendono i materiali a magneti permanenti NdFeB ampiamente utilizzati nell'industria moderna e nella tecnologia elettronica, consentendo di miniaturizzare, alleggerire e assottigliare apparecchiature come strumenti, motori elettroacustici, separazione magnetica e magnetizzazione. Poiché contiene una grande quantità di neodimio e ferro, è facile arrugginire. La passivazione chimica superficiale è attualmente una delle migliori soluzioni.
Resistenza alla corrosione, temperatura operativa massima, prestazioni di elaborazione, forma della curva di smagnetizzazione,
e confronto dei prezzi dei materiali a magneti permanenti comunemente usati per i motori (Figura)
2.L'influenza della forma e della tolleranza dell'acciaio magnetico sulle prestazioni del motore
1. Influenza dello spessore dell'acciaio magnetico
Quando il circuito magnetico interno o esterno è fisso, il traferro diminuisce e il flusso magnetico effettivo aumenta all'aumentare dello spessore. La manifestazione ovvia è che la velocità a vuoto diminuisce e la corrente a vuoto diminuisce con lo stesso magnetismo residuo e l'efficienza massima del motore aumenta. Tuttavia vi sono anche degli svantaggi, come ad esempio una maggiore vibrazione di commutazione del motore e una curva di rendimento del motore relativamente più ripida. Pertanto, lo spessore dell'acciaio magnetico del motore dovrebbe essere il più costante possibile per ridurre le vibrazioni.
2.Influenza della larghezza dell'acciaio magnetico
Per i magneti dei motori brushless ravvicinati, la distanza cumulativa totale non può superare 0,5 mm. Se è troppo piccolo, non verrà installato. Se è troppo grande, il motore vibrerà e ridurrà l'efficienza. Questo perché la posizione dell'elemento Hall che misura la posizione del magnete non corrisponde alla posizione effettiva del magnete e la larghezza deve essere coerente, altrimenti il motore avrà una bassa efficienza e grandi vibrazioni.
Nei motori con spazzole è presente una certa distanza tra i magneti, riservata alla zona di transizione della commutazione meccanica. Sebbene esista una lacuna, la maggior parte dei produttori adotta procedure rigorose di installazione del magnete per garantire la precisione di installazione al fine di garantire la posizione di installazione accurata del magnete del motore. Se la larghezza del magnete supera, non verrà installato; se la larghezza del magnete è troppo piccola, il magnete sarà disallineato, il motore vibrerà di più e l'efficienza sarà ridotta.
3. L'influenza della dimensione dello smusso in acciaio magnetico e del non smusso
Se lo smusso non viene eseguito, la velocità di variazione del campo magnetico al bordo del campo magnetico del motore sarà elevata, provocando la pulsazione del motore. Maggiore è lo smusso, minore è la vibrazione. Tuttavia, la smussatura provoca generalmente una certa perdita di flusso magnetico. Per alcune specifiche, la perdita di flusso magnetico è pari a 0,5~1,5% quando lo smusso è 0,8. Per i motori con spazzole con magnetismo residuo basso, ridurre adeguatamente la dimensione dello smusso aiuterà a compensare il magnetismo residuo, ma la pulsazione del motore aumenterà. In generale, quando il magnetismo residuo è basso, la tolleranza nella direzione della lunghezza può essere opportunamente ampliata, il che può aumentare il flusso magnetico effettivo in una certa misura e mantenere sostanzialmente invariate le prestazioni del motore.
3.Note sui motori a magneti permanenti
1. Struttura del circuito magnetico e calcolo del progetto
Per sfruttare appieno le proprietà magnetiche di vari materiali a magneti permanenti, in particolare le eccellenti proprietà magnetiche dei magneti permanenti delle terre rare, e produrre motori a magneti permanenti economici, non è possibile applicare semplicemente la struttura e i metodi di calcolo di progettazione di motori tradizionali a magneti permanenti o motori ad eccitazione elettromagnetica. È necessario stabilire nuovi concetti di progettazione per rianalizzare e migliorare la struttura del circuito magnetico. Con il rapido sviluppo della tecnologia hardware e software dei computer, così come il continuo miglioramento dei moderni metodi di progettazione come il calcolo numerico del campo elettromagnetico, la progettazione di ottimizzazione e la tecnologia di simulazione, e attraverso gli sforzi congiunti delle comunità accademiche e ingegneristiche motoristiche, sono stati fatti passi avanti realizzati nella teoria della progettazione, nei metodi di calcolo, nei processi strutturali e nelle tecnologie di controllo dei motori a magneti permanenti, formando un set completo di metodi di analisi e ricerca e software di analisi e progettazione assistita da computer che combina il calcolo numerico del campo elettromagnetico e la soluzione analitica del circuito magnetico equivalente, e viene continuamente migliorato.
2. Problema di smagnetizzazione irreversibile
Se la progettazione o l'uso sono impropri, il motore a magnete permanente può produrre smagnetizzazione irreversibile, o smagnetizzazione, quando la temperatura è troppo alta (magnete permanente NdFeB) o troppo bassa (magnete permanente in ferrite), sotto la reazione dell'armatura causata dalla corrente d'impatto, o sotto forti vibrazioni meccaniche, che ridurranno le prestazioni del motore e lo renderanno addirittura inutilizzabile. Pertanto, è necessario studiare e sviluppare metodi e dispositivi adatti ai produttori di motori per verificare la stabilità termica dei materiali a magneti permanenti e analizzare le capacità anti-smagnetizzazione di varie forme strutturali, in modo che si possano adottare misure corrispondenti durante la progettazione e la produzione. per garantire che il motore a magnete permanente non perda magnetismo.
3. Problemi di costo
Poiché i magneti permanenti delle terre rare sono ancora relativamente costosi, il costo dei motori a magneti permanenti delle terre rare è generalmente superiore a quello dei motori ad eccitazione elettrica, che deve essere compensato dalle prestazioni elevate e dal risparmio sui costi operativi. In alcune occasioni, come nel caso dei motori a bobina mobile per le unità disco dei computer, l'uso di magneti permanenti NdFeB migliora le prestazioni, riduce significativamente volume e massa e riduce i costi totali. Nella progettazione è necessario confrontare prestazioni e prezzo in base alle specifiche occasioni ed esigenze di utilizzo, innovare i processi strutturali e ottimizzare la progettazione per ridurre i costi.
Anhui Mingteng Magnete Permanente Elettromeccanica Equipment Co., Ltd. (https://www.mingtengmotor.com/). Il tasso di smagnetizzazione dell'acciaio magnetico del motore a magnete permanente non è superiore a un millesimo all'anno.
Il materiale a magnete permanente del rotore del motore a magnete permanente della nostra azienda adotta un prodotto ad alta energia magnetica e NdFeB sinterizzato ad alta coercività intrinseca, e i gradi convenzionali sono N38SH, N38UH, N40UH, N42UH, ecc. Prendi N38SH, un grado comunemente usato della nostra azienda , ad esempio: 38- rappresenta il massimo prodotto di energia magnetica di 38MGOe; SH rappresenta la resistenza massima alla temperatura di 150℃. UH ha una resistenza alla temperatura massima di 180 ℃. L'azienda ha progettato attrezzature professionali e dispositivi di guida per l'assemblaggio dell'acciaio magnetico e ha analizzato qualitativamente la polarità dell'acciaio magnetico assemblato con mezzi ragionevoli, in modo che il valore del flusso magnetico relativo di ciascun acciaio magnetico della fessura sia vicino, il che garantisce la simmetria dell'acciaio magnetico circuito e la qualità dell'assemblaggio in acciaio magnetico.
Copyright: questo articolo è una ristampa del numero pubblico di WeChat “motore di oggi”, il link originale https://mp.weixin.qq.com/s/zZn3UsYZeDwicEDwIdsbPg
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Orario di pubblicazione: 30 agosto 2024