Püsimagnetiga mootorite väljatöötamine on tihedalt seotud püsimagnetmaterjalide arendamisega. Hiina on esimene riik maailmas, mis avastas püsimagnetmaterjalide magnetilised omadused ja rakendas neid praktikas. Rohkem kui 2000 aastat tagasi kasutas Hiina püsimagnetmaterjalide magnetilisi omadusi kompasside valmistamiseks, millel oli tohutu roll navigatsioonis, sõjanduses ja muudes valdkondades ning millest sai üks neljast suurest iidse Hiina leiutisest.
Maailma esimene mootor, mis ilmus 1920. aastatel, oli püsimagnetmootor, mis kasutas ergastusmagnetväljade tekitamiseks püsimagneteid. Sel ajal kasutatud püsimagnetimaterjaliks oli aga looduslik magnetiit (Fe3O4), millel oli väga madal magnetiline energiatihedus. Sellest valmistatud mootor oli suur ja asendati peagi elektrilise ergastusmootoriga.
Erinevate mootorite kiire arengu ja praeguste magnetisaatorite leiutamisega on inimesed põhjalikult uurinud püsimagnetmaterjalide mehhanismi, koostist ja tootmistehnoloogiat ning on järjestikku avastanud mitmesuguseid püsimagnetmaterjale, nagu süsinikteras, volframteras (maksimaalne magnetiline energiaprodukt umbes 2,7 kJ/m3) ja koobaltteras (maksimaalne magnetiline energiaprodukt umbes 7,2 kJ/m3).
Eelkõige on 1930. aastatel ilmunud alumiiniumnikkelkoobaltist püsimagnetid (maksimaalne magnetiline energiaprodukt võib ulatuda 85 kJ/m3-ni) ja 1950. aastatel ilmunud ferriidist püsimagnetid (maksimaalne magnetiline energiaprodukt võib ulatuda 40 kJ/m3-ni) oluliselt parandanud magnetilisi omadusi ning mitmesugused mikro- ja väikemootorid on hakanud kasutama püsimagnetiga ergutust. Püsimagnetmootorite võimsus ulatub mõnest millivatist kümnete kilovattideni. Neid kasutatakse laialdaselt sõjalises, tööstuslikus ja põllumajanduslikus tootmises ning igapäevaelus ning nende toodang on dramaatiliselt suurenenud.
Vastavalt sellele on sel perioodil tehtud läbimurdeid püsimagnetmootorite projekteerimisteoorias, arvutusmeetodites, magnetiseerimises ja tootmistehnoloogias, moodustades analüüsi- ja uurimismeetodite kogumi, mida esindab püsimagneti töödiagrammi meetod. AlNiCo püsimagnetite koertsitiivsusjõud on aga madal (36–160 kA/m) ja ferriitpüsimagnetite jääkmagnetiline tihedus ei ole kõrge (0,2–0,44 T), mis piirab nende rakendusala mootorites.
Alles 1960. ja 1980. aastatel ilmusid üksteise järel haruldaste muldmetallide koobaltist püsimagnetid ja neodüümist rauast boorist püsimagnetid (edaspidi ühiselt haruldaste muldmetallide püsimagnetid). Nende suurepärased magnetilised omadused – kõrge jääkmagnettihedus, kõrge koertsitiivsus, kõrge magnetiline energiaprodukt ja lineaarne demagnetiseerumiskõver – sobivad eriti hästi mootorite tootmiseks, alustades püsimagnetmootorite arengut uude ajaloolisse perioodi.
1. Püsivad magnetmaterjalid
Mootorites tavaliselt kasutatavate püsimagnetmaterjalide hulka kuuluvad paagutatud magnetid ja liimitud magnetid, peamised tüübid on alumiiniumnikkelkoobalt, ferriit, samaariumkoobalt, neodüümraudboor jne.
Alnico: Alnico püsimagnetmaterjal on üks vanimaid laialdaselt kasutatavaid püsimagnetmaterjale ning selle valmistusprotsess ja tehnoloogia on suhteliselt küpsed.
Püsiv ferriit: 1950. aastatel hakkas ferriit õitsema, eriti 1970. aastatel, kui hakati tootma suurtes kogustes hea koertsitiivsuse ja magnetilise energia jõudlusega strontsiumferriiti, mis laiendas kiiresti püsiferriidi kasutamist. Mittemetallilise magnetilise materjalina ei ole ferriidil metallilise püsimagnetimaterjali kerget oksüdeerumist, madalat Curie temperatuuri ja kõrget hinda, mistõttu on see väga populaarne.
Samaariumkoobalt: 1960. aastate keskel ilmunud püsimagnetmaterjal suurepäraste magnetiliste omadustega, millel on väga stabiilne jõudlus. Samaariumkoobalt sobib magnetiliste omaduste poolest eriti hästi mootorite tootmiseks, kuid oma kõrge hinna tõttu kasutatakse seda peamiselt sõjaliste mootorite, näiteks lennunduse, kosmose ja relvade, ning kõrgtehnoloogiliste mootorite uurimis- ja arendustegevuses, kus kõrge jõudlus ja hind ei ole peamised tegurid.
NdFeB: NdFeB magnetmaterjal on neodüümi, raudoksiidi jne sulam, tuntud ka kui magnetiline teras. Sellel on äärmiselt kõrge magnetiline energiaprodukt ja koertsitiivsus. Samal ajal muudavad kõrge energiatiheduse eelised NdFeB püsimagnetmaterjalid laialdaselt kasutatavaks tänapäeva tööstuses ja elektroonikatehnoloogias, võimaldades miniaturiseerida, kergendada ja õhendada seadmeid, nagu instrumendid, elektroakustilisi mootoreid, magnetilist eraldust ja magnetiseerimist. Kuna see sisaldab suures koguses neodüümi ja rauda, on see kergesti roostetav. Pinna keemiline passivatsioon on praegu üks parimaid lahendusi.
Korrosioonikindlus, maksimaalne töötemperatuur, töötlemisvõime, demagnetiseerimiskõvera kuju,
ja mootorites tavaliselt kasutatavate püsimagnetmaterjalide hinnavõrdlus (joonis)
2.Magnetilise terase kuju ja tolerantsi mõju mootori jõudlusele
1. Magnetilise terase paksuse mõju
Kui sisemine või välimine magnetahel on fikseeritud, siis paksuse suurenedes väheneb õhupilu ja efektiivne magnetvoog suureneb. Ilmselge ilming on see, et sama jääkmagnetismi korral väheneb koormuseta kiirus ja koormuseta vool ning mootori maksimaalne efektiivsus suureneb. Siiski on ka puudusi, näiteks mootori suurenenud kommutatsioonivibratsioon ja mootori suhteliselt järsem efektiivsuskõver. Seetõttu peaks mootori magnetterase paksus olema vibratsiooni vähendamiseks võimalikult ühtlane.
2. Magnetilise terase laiuse mõju
Lähedalasuva harjadeta mootori magnetite puhul ei tohi kumulatiivne vahe ületada 0,5 mm. Kui see on liiga väike, siis seda ei paigaldata. Kui see on liiga suur, siis mootor vibreerib ja vähendab efektiivsust. Selle põhjuseks on asjaolu, et magneti asendit mõõtva Halli elemendi asukoht ei vasta magneti tegelikule asukohale ja laius peab olema ühtlane, vastasel juhul on mootoril madal efektiivsus ja suur vibratsioon.
Harjamootorite puhul on magnetite vahel teatud vahe, mis on reserveeritud mehaanilise kommutatsiooni üleminekutsooni jaoks. Kuigi vahe on olemas, on enamikul tootjatel ranged magneti paigaldamise protseduurid, et tagada paigaldustäpsus ja mootorimagneti täpne paigaldusasend. Kui magneti laius on suurem, ei paigaldata seda; kui magneti laius on liiga väike, põhjustab see magneti joondamise puudumist, mootori vibratsiooni suurenemist ja efektiivsuse vähenemist.
3. Magnetilise terase kaldserva suuruse ja mittekalde mõju
Kui kaldserva ei lõigata, on magnetvälja muutumiskiirus mootori magnetvälja servas suur, mis põhjustab mootori pulsatsiooni. Mida suurem on kaldserva suurus, seda väiksem on vibratsioon. Kaldserva lõikamine põhjustab aga üldiselt teatud magnetvoo kadu. Mõnede spetsifikatsioonide korral on magnetvoo kadu 0,5–1,5%, kui kaldserva suurus on 0,8. Harjamootorite puhul, millel on madal jääkmagnetism, aitab kaldserva suuruse vähendamine jääkmagnetismi kompenseerida, kuid mootori pulsatsioon suureneb. Üldiselt, kui jääkmagnetism on madal, saab tolerantsi pikkussuunas vastavalt suurendada, mis võib teatud määral suurendada efektiivset magnetvoogu ja hoida mootori jõudlust põhimõtteliselt muutumatuna.
3. Märkused püsimagnetmootorite kohta
1. Magnetilise vooluahela struktuur ja konstruktsiooniarvutus
Erinevate püsimagnetmaterjalide magnetiliste omaduste, eriti haruldaste muldmetallide püsimagnetite suurepäraste magnetiliste omaduste täielikuks ärakasutamiseks ja kulutõhusate püsimagnetmootorite tootmiseks ei ole võimalik lihtsalt rakendada traditsiooniliste püsimagnetmootorite või elektromagnetilise ergutusega mootorite struktuuri ja konstruktsiooni arvutusmeetodeid. Magnetilise vooluahela struktuuri uuesti analüüsimiseks ja täiustamiseks tuleb luua uued konstruktsioonikontseptsioonid. Arvuti riist- ja tarkvaratehnoloogia kiire arenguga, samuti selliste kaasaegsete konstruktsioonimeetodite nagu elektromagnetvälja numbriline arvutamine, optimeerimise projekteerimine ja simulatsioonitehnoloogia pidev täiustamine ning mootorite akadeemiliste ja inseneriringkondade ühiste jõupingutuste abil on tehtud läbimurdeid püsimagnetmootorite konstruktsiooniteoorias, arvutusmeetodites, konstruktsiooniprotsessides ja juhtimistehnoloogiates, moodustades tervikliku analüüsi- ja uurimismeetodite ning arvutipõhise analüüsi- ja konstruktsioonitarkvara komplekti, mis ühendab elektromagnetvälja numbrilise arvutamise ja samaväärse magnetvooluahela analüütilise lahenduse ning mida pidevalt täiustatakse.
2. Pöördumatu demagnetiseerimise probleem
Kui konstruktsioon või kasutus on vale, võib püsimagnetmootor põhjustada pöördumatu demagnetiseerumise ehk demagnetiseerumise liiga kõrge temperatuuri (NdFeB püsimagnet) või liiga madala temperatuuri (ferriitpüsimagnet) korral, löögivoolust tingitud armatuurireaktsiooni või tugeva mehaanilise vibratsiooni korral, mis vähendab mootori jõudlust ja muudab selle isegi kasutuskõlbmatuks. Seetõttu on vaja uurida ja arendada meetodeid ja seadmeid, mis sobivad mootoritootjatele püsimagnetimaterjalide termilise stabiilsuse kontrollimiseks ning erinevate konstruktsioonivormide demagnetiseerumisvastaste omaduste analüüsimiseks, et projekteerimise ja tootmise käigus saaks võtta vastavaid meetmeid, et tagada püsimagnetimootori magnetismi säilimine.
3. Kuluküsimused
Kuna haruldaste muldmetallide püsimagnetid on endiselt suhteliselt kallid, on haruldaste muldmetallide püsimagnetmootorite hind üldiselt kõrgem kui elektrilistel ergutusmootoritel, mida tuleb kompenseerida nende suure jõudluse ja tegevuskulude kokkuhoiuga. Mõnel juhul, näiteks arvutite kettaseadmete häälmähismootorite puhul, parandab NdFeB püsimagnetite kasutamine jõudlust, vähendab oluliselt mahtu ja massi ning vähendab kogukulusid. Projekteerimisel on vaja võrrelda jõudlust ja hinda, lähtudes konkreetsetest kasutusjuhtudest ja nõuetest, ning uuendada konstruktsiooniprotsesse ja optimeerida konstruktsioone kulude vähendamiseks.
Anhui Mingtengi püsimagnetiga elektromehaaniliste seadmete Co., Ltd.https://www.mingtengmotor.com/). Püsimagnetiga mootorimagnetilise terase demagnetiseerumiskiirus ei ole suurem kui üks tuhandik aastas.
Meie ettevõtte püsimagnetmootori rootori püsimagnetimaterjal on valmistatud suure magnetilise energia korrutise ja suure sisemise koertsitiivsusega paagutatud NdFeB-st ning tavapärased klassid on N38SH, N38UH, N40UH, N42UH jne. Näiteks võtke N38SH, meie ettevõtte poolt tavaliselt kasutatav klass: 38- tähistab maksimaalset magnetilise energia korrutist 38MGOe; SH tähistab maksimaalset temperatuuritaluvust 150 ℃. UH maksimaalne temperatuuritaluvus on 180 ℃. Ettevõte on projekteerinud professionaalsed tööriistad ja juhtseadised magnetilise terase kokkupanekuks ning analüüsinud kvalitatiivselt kokkupandud magnetilise terase polaarsust mõistlike vahenditega, et iga pilu magnetilise terase suhteline magnetvoo väärtus oleks ligilähedane, mis tagab magnetahela sümmeetria ja magnetilise terase kokkupaneku kvaliteedi.
Autoriõigus: See artikkel on WeChati avaliku numbri „tänase mootor” kordustrükk, algne link https://mp.weixin.qq.com/s/zZn3UsYZeDwicEDwIdsbPg
See artikkel ei esinda meie ettevõtte seisukohti. Kui teil on teistsuguseid arvamusi või seisukohti, palun parandage meid!
Postituse aeg: 30. august 2024