O desenvolvemento de motores de imán permanente está estreitamente relacionado co desenvolvemento de materiais de imán permanente. China é o primeiro país do mundo en descubrir as propiedades magnéticas dos materiais de imán permanente e aplicalas na práctica. Hai máis de 2.000 anos, China utilizou as propiedades magnéticas dos materiais de imán permanente para fabricar compás, que xogaron un papel enorme na navegación, no exército e noutros campos, e convertéronse nun dos catro grandes inventos da antiga China.
O primeiro motor do mundo, que apareceu na década de 1920, foi un motor de imán permanente que empregaba imáns permanentes para xerar campos magnéticos de excitación. Non obstante, o material de imán permanente empregado naquel momento era a magnetita natural (Fe3O4), que tiña unha densidade de enerxía magnética moi baixa. O motor feito con ela era de gran tamaño e axiña foi substituído polo motor de excitación eléctrico.
Co rápido desenvolvemento de varios motores e a invención dos magnetizadores actuais, a xente levou a cabo investigacións en profundidade sobre o mecanismo, a composición e a tecnoloxía de fabricación de materiais magnéticos permanentes e descubriu sucesivamente unha variedade de materiais magnéticos permanentes como o aceiro ao carbono, o aceiro de tungsteno (produto de enerxía magnética máximo duns 2,7 kJ/m3) e o aceiro de cobalto (produto de enerxía magnética máximo duns 7,2 kJ/m3).
En particular, a aparición de imáns permanentes de aluminio, níquel e cobalto na década de 1930 (o produto de enerxía magnética máxima pode alcanzar os 85 kJ/m3) e de imáns permanentes de ferrita na década de 1950 (o produto de enerxía magnética máxima pode alcanzar os 40 kJ/m3) mellorou moito as propiedades magnéticas, e varios micromotores e motores pequenos comezaron a usar a excitación con imáns permanentes. A potencia dos motores de imáns permanentes varía desde uns poucos milivatios ata decenas de quilovatios. Son amplamente utilizados na produción militar, industrial e agrícola, así como na vida cotiá, e a súa produción aumentou drasticamente.
En consecuencia, durante este período, producíronse avances na teoría do deseño, os métodos de cálculo, a magnetización e a tecnoloxía de fabricación de motores de imáns permanentes, formando un conxunto de métodos de análise e investigación representados polo método do diagrama de funcionamento do imán permanente. Non obstante, a forza coercitiva dos imáns permanentes de AlNiCo é baixa (36-160 kA/m) e a densidade magnética remanente dos imáns permanentes de ferrita non é alta (0,2-0,44 T), o que limita o seu rango de aplicación en motores.
Non foi ata as décadas de 1960 e 1980 que os imáns permanentes de terras raras, cobalto e neodimio ferro-boro (denominados conxuntamente imáns permanentes de terras raras) apareceron un tras outro. As súas excelentes propiedades magnéticas de alta densidade magnética remanente, alta forza coercitiva, alto produto de enerxía magnética e curva de desmagnetización lineal son especialmente axeitadas para a fabricación de motores, o que marcou o comezo dun novo período histórico no desenvolvemento dos motores de imáns permanentes.
1. Materiais magnéticos permanentes
Os materiais de imán permanente que se empregan habitualmente nos motores inclúen imáns sinterizados e imáns unidos, os principais tipos son o aluminio, o níquel, o cobalto, a ferrita, o samario, o cobalto, o neodimio, o ferro e o boro, etc.
Alnico: O material magnético permanente Alnico é un dos primeiros materiais magnéticos permanentes amplamente utilizados, e o seu proceso de preparación e tecnoloxía son relativamente maduros.
Ferrita permanente: Na década de 1950, a ferrita comezou a florecer, especialmente na de 1970, cando se puxo en produción en grandes cantidades de ferrita de estroncio con boa coercividade e rendemento enerxético magnético, expandindo rapidamente o uso da ferrita permanente. Como material magnético non metálico, a ferrita non ten as desvantaxes da fácil oxidación, a baixa temperatura de Curie e o alto custo dos materiais metálicos de imán permanente, polo que é moi popular.
Samario-cobalto: Un material magnético permanente con excelentes propiedades magnéticas que xurdiu a mediados da década de 1960 e ten un rendemento moi estable. O samario-cobalto é especialmente axeitado para a fabricación de motores en termos de propiedades magnéticas, pero debido ao seu alto prezo, utilízase principalmente na investigación e desenvolvemento de motores militares como a aviación, a aeroespacial e as armas, e motores en campos de alta tecnoloxía onde o alto rendemento e o prezo non son o factor principal.
NdFeB: O material magnético NdFeB é unha aliaxe de neodimio, óxido de ferro, etc., tamén coñecido como aceiro magnético. Ten un produto de enerxía magnética e unha forza coercitiva extremadamente altos. Ao mesmo tempo, as vantaxes da alta densidade de enerxía fan que os materiais magnéticos permanentes de NdFeB sexan amplamente utilizados na industria moderna e na tecnoloxía electrónica, o que permite miniaturizar, alixeirar e adelgazar equipos como instrumentos, motores electroacústicos, separación magnética e magnetización. Debido a que contén unha gran cantidade de neodimio e ferro, é doado de oxidar. A pasivación química superficial é unha das mellores solucións na actualidade.
Resistencia á corrosión, temperatura máxima de funcionamento, rendemento de procesamento, forma da curva de desmagnetización,
e comparación de prezos dos materiais de imáns permanentes máis empregados para motores (Figura)
2.A influencia da forma e a tolerancia do aceiro magnético no rendemento do motor
1. Influencia do grosor do aceiro magnético
Cando o circuíto magnético interno ou externo está fixo, o entreferro diminúe e o fluxo magnético efectivo aumenta cando o grosor aumenta. A manifestación obvia é que a velocidade sen carga diminúe e a corrente sen carga diminúe baixo o mesmo magnetismo residual, e a eficiencia máxima do motor aumenta. Non obstante, tamén hai desvantaxes, como o aumento da vibración de conmutación do motor e unha curva de eficiencia relativamente máis pronunciada do motor. Polo tanto, o grosor do aceiro magnético do motor debe ser o máis consistente posible para reducir a vibración.
2. Influencia da anchura do aceiro magnético
Para imáns de motor sen escobillas moi próximos, a separación total acumulada non pode superar os 0,5 mm. Se é demasiado pequena, non se instalará. Se é demasiado grande, o motor vibrará e reducirá a eficiencia. Isto débese a que a posición do elemento Hall que mide a posición do imán non se corresponde coa posición real do imán, e o ancho debe ser consistente; se non, o motor terá unha baixa eficiencia e grandes vibracións.
Para os motores con escobillas, hai un certo espazo entre os imáns, que se reserva para a zona de transición de conmutación mecánica. Aínda que hai un espazo, a maioría dos fabricantes teñen procedementos estritos de instalación do imán para garantir a precisión da instalación e así asegurar a posición de instalación precisa do imán do motor. Se o ancho do imán supera o valor indicado, non se instalará; se o ancho do imán é demasiado pequeno, fará que o imán se desalinee, o motor vibrará máis e a eficiencia reducirase.
3. A influencia do tamaño do chaflán do aceiro magnético e da non chaflán
Se non se realiza o bisel, a taxa de cambio do campo magnético no bordo do campo magnético do motor será grande, o que provocará a pulsación do motor. Canto maior sexa o bisel, menor será a vibración. Non obstante, o bisel xeralmente provoca unha certa perda no fluxo magnético. Para algunhas especificacións, a perda de fluxo magnético é do 0,5~1,5 % cando o bisel é de 0,8. Para motores con escobillas con baixo magnetismo residual, reducir adecuadamente o tamaño do bisel axudará a compensar o magnetismo residual, pero a pulsación do motor aumentará. En xeral, cando o magnetismo residual é baixo, a tolerancia na dirección da lonxitude pódese ampliar adecuadamente, o que pode aumentar o fluxo magnético efectivo ata certo punto e manter o rendemento do motor basicamente sen cambios.
3. Notas sobre os motores de imán permanente
1. Estrutura e cálculo do deseño dun circuíto magnético
Para aproveitar plenamente as propiedades magnéticas de varios materiais de imáns permanentes, especialmente as excelentes propiedades magnéticas dos imáns permanentes de terras raras, e fabricar motores de imáns permanentes rendibles, non é posible aplicar simplemente os métodos de cálculo da estrutura e o deseño dos motores tradicionais de imáns permanentes ou dos motores de excitación electromagnética. Débense establecer novos conceptos de deseño para reanalizar e mellorar a estrutura do circuíto magnético. Co rápido desenvolvemento da tecnoloxía de hardware e software informático, así como a mellora continua dos métodos de deseño modernos, como o cálculo numérico do campo electromagnético, o deseño de optimización e a tecnoloxía de simulación, e mediante os esforzos conxuntos das comunidades académicas e de enxeñaría de motores, fixéronse avances na teoría do deseño, os métodos de cálculo, os procesos estruturais e as tecnoloxías de control dos motores de imáns permanentes, formando un conxunto completo de métodos de análise e investigación e software de análise e deseño asistido por ordenador que combina o cálculo numérico do campo electromagnético e a solución analítica de circuítos magnéticos equivalente, e está a ser mellorado continuamente.
2. Problema de desmagnetización irreversible
Se o deseño ou o uso son inadecuados, o motor de imán permanente pode producir unha desmagnetización irreversible, ou desmagnetización, cando a temperatura é demasiado alta (imán permanente de NdFeB) ou demasiado baixa (imán permanente de ferrita), baixo a reacción da armadura causada pola corrente de impacto ou baixo vibracións mecánicas severas, o que reducirá o rendemento do motor e mesmo o fará inutilizable. Polo tanto, é necesario estudar e desenvolver métodos e dispositivos axeitados para que os fabricantes de motores comproben a estabilidade térmica dos materiais de imán permanente e analizar as capacidades antidesmagnetización de diversas formas estruturais, de xeito que se poidan tomar as medidas correspondentes durante o deseño e a fabricación para garantir que o motor de imán permanente non perda magnetismo.
3. Problemas de custos
Dado que os imáns permanentes de terras raras seguen sendo relativamente caros, o custo dos motores de imáns permanentes de terras raras é xeralmente maior que o dos motores de excitación eléctrica, o que debe compensarse co seu alto rendemento e o aforro nos custos operativos. Nalgúns casos, como nos motores de bobina móbil para unidades de disco informático, o uso de imáns permanentes de NdFeB mellora o rendemento, reduce significativamente o volume e a masa e reduce os custos totais. Ao deseñar, é necesario facer unha comparación de rendemento e prezo en función das ocasións e requisitos de uso específicos, e innovar os procesos estruturais e optimizar os deseños para reducir os custos.
Anhui Mingteng Equipamento Electromecánico de Imán Permanente Co., Ltd. (https://www.mingtengmotor.com/A taxa de desmagnetización do aceiro magnético dos motores de imán permanente non é superior a unha milésima por ano.
O material de imán permanente do rotor do motor de imán permanente da nosa empresa adopta NdFeB sinterizado de alta enerxía magnética e alta coercividade intrínseca, e as calidades convencionais son N38SH, N38UH, N40UH, N42UH, etc. Tomemos como exemplo N38SH, unha calidade de uso común na nosa empresa: 38- representa o produto de enerxía magnética máxima de 38MGOe; SH representa a resistencia máxima á temperatura de 150 ℃. UH ten unha resistencia máxima á temperatura de 180 ℃. A empresa deseñou ferramentas e accesorios de guía profesionais para a montaxe de aceiro magnético e analizou cualitativamente a polaridade do aceiro magnético montado con medios razoables, de xeito que o valor do fluxo magnético relativo de cada ranura de aceiro magnético sexa próximo, o que garante a simetría do circuíto magnético e a calidade da montaxe de aceiro magnético.
Dereitos de autor: Este artigo é unha reimpresión do número público de WeChat "today's motor", a ligazón orixinal é https://mp.weixin.qq.com/s/zZn3UsYZeDwicEDwIdsbPg
Este artigo non representa os puntos de vista da nosa empresa. Se tes opinións ou puntos de vista diferentes, corríxenos!
Data de publicación: 30 de agosto de 2024