क्या आप वास्तव में स्थायी चुंबक मोटर के स्थायी चुंबकों के डिजाइन को समझते हैं?

स्थायी चुंबक मोटर का विकास स्थायी चुंबक सामग्री के विकास से निकटता से संबंधित है।
स्थायी चुंबक मोटरों का विकास स्थायी चुंबक सामग्री के विकास से निकटता से संबंधित है। मेरा देश दुनिया का पहला देश है जिसने स्थायी चुंबक सामग्री के चुंबकीय गुणों की खोज की और उन्हें व्यवहार में लागू किया। दो हज़ार साल से भी पहले, हमारे देश ने स्थायी चुंबक सामग्री के चुंबकीय गुणों का उपयोग करके एक कंपास बनाया, जिसने नेविगेशन, सैन्य और अन्य क्षेत्रों में बहुत बड़ी भूमिका निभाई है। यह प्राचीन मेरे देश के चार महान आविष्कारों में से एक बन गया है।

1820 के दशक में दुनिया की पहली मोटर एक स्थायी चुंबक मोटर थी जिसमें एक स्थायी चुंबक द्वारा उत्पन्न एक उत्तेजना चुंबकीय क्षेत्र था। हालाँकि, उस समय इस्तेमाल की जाने वाली स्थायी चुंबक सामग्री प्राकृतिक मैग्नेटाइट (Fe3O4) थी, जिसमें बहुत कम चुंबकीय ऊर्जा घनत्व होता है, और इससे बनी मोटर भारी होती थी, और जल्द ही इसे एक इलेक्ट्रिक उत्तेजना मोटर द्वारा बदल दिया गया।

विभिन्न मोटरों के तेजी से विकास और वर्तमान चुंबकीयकरणकर्ताओं के आविष्कार के साथ, लोगों ने स्थायी चुंबक सामग्री के तंत्र, संरचना और विनिर्माण प्रौद्योगिकी पर गहन शोध किया है, और क्रमिक रूप से कार्बन स्टील और टंगस्टन स्टील (अधिकतम चुंबकीय ऊर्जा उत्पाद लगभग 2.7 kJ/m3 है), कोबाल्ट स्टील (अधिकतम चुंबकीय ऊर्जा उत्पाद लगभग 7.2 kJ/m3 है) और अन्य स्थायी चुंबक सामग्री की खोज की है। विशेष रूप से, 1930 के दशक में दिखाई देने वाले AlNiCo स्थायी चुंबक (अधिकतम चुंबकीय ऊर्जा उत्पाद 85 kJ/m3 तक पहुंच सकता है) और 1950 के दशक में दिखाई देने वाले फेराइट स्थायी चुंबक (अधिकतम चुंबकीय ऊर्जा उत्पाद अब 40 kJ/m3 तक पहुंच सकता है) में विभिन्न चुंबकीय गुण हैं। इनका व्यापक रूप से सैन्य, औद्योगिक और कृषि उत्पादन और दैनिक जीवन में उपयोग किया जाता है, और उत्पादन में तेजी से वृद्धि हुई है। तदनुसार, इस अवधि के दौरान, स्थायी चुंबक मोटरों के डिजाइन सिद्धांत, गणना पद्धति, चुंबकत्व और विनिर्माण प्रौद्योगिकी में सफलताएं मिली हैं, और स्थायी चुंबकों के कार्य आरेख द्वारा दर्शाए गए विश्लेषण और अनुसंधान विधियों का एक सेट बनाया गया है। हालांकि, AlNiCo स्थायी चुंबकों की निग्राहिता कम (36-160 kA/m) है, और फेराइट स्थायी चुंबकों का अवशेष घनत्व अधिक नहीं है (0.2-0.44 T), जो मोटर्स में उनके आवेदन को सीमित करता है। 1960 और 1980 के दशक तक, दुर्लभ पृथ्वी कोबाल्ट स्थायी चुंबक और नियोडिमियम आयरन बोरॉन स्थायी चुंबक (दोनों को सामूहिक रूप से दुर्लभ पृथ्वी स्थायी चुंबक के रूप में संदर्भित किया जाता है) अपने उच्च अवशेष घनत्व, उच्च निग्राहिता, उच्च चुंबकीय ऊर्जा उत्पाद और रैखिक विचुंबकीकरण वक्र के साथ क्रमिक रूप से सामने आए। स्थायी चुंबक मोटर के उत्कृष्ट चुंबकीय गुण विशेष रूप से इलेक्ट्रिक मोटर्स के निर्माण के लिए उपयुक्त हैं, जिससे स्थायी चुंबक मोटर्स का विकास एक नए ऐतिहासिक काल में प्रवेश कर गया है।

स्थायी चुंबक सामग्री

मोटर चुम्बक: मोटरों में आमतौर पर उपयोग किए जाने वाले स्थायी चुम्बक पदार्थों में सिन्टर किए गए चुम्बक और बंधित चुम्बक शामिल हैं, मुख्य प्रकार हैं AlNiCo, फेराइट, समैरियम कोबाल्ट, NdFeB, आदि।
AlNiCo: AlNiCo स्थायी चुंबक सामग्री सबसे पहले व्यापक रूप से इस्तेमाल की जाने वाली स्थायी चुंबक सामग्री है, और इसकी तैयारी प्रक्रिया और तकनीक अपेक्षाकृत परिपक्व है। वर्तमान में, जापान, संयुक्त राज्य अमेरिका, यूरोप, रूस और चीन में कारखाने हैं। बड़े पैमाने पर उत्पादन उद्यमों में, हांग्जो स्थायी चुंबक का उत्पादन वर्तमान में चीन में पहला है, जिसकी वार्षिक उत्पादन क्षमता 3,000 टन है।

स्थायी चुंबक फेराइट सामग्री: 1950 के दशक में, फेराइट का विकास शुरू हुआ। विशेष रूप से 1970 के दशक में, बलपूर्वक बल और चुंबकीय ऊर्जा मशीन में बेहतर प्रदर्शन के साथ स्ट्रोंटियम फेराइट को बड़ी मात्रा में उत्पादन में लगाया गया था, और स्थायी चुंबक फेराइट का उपयोग तेजी से विस्तारित हुआ था। एक गैर-धातु चुंबकीय सामग्री के रूप में, फेराइट में आसान ऑक्सीकरण, कम क्यूरी तापमान और धातु स्थायी चुंबक सामग्री की उच्च लागत के नुकसान नहीं हैं, इसलिए यह बहुत लोकप्रिय है।

सैमरियम कोबाल्ट सामग्री: उत्कृष्ट चुंबकीय गुणों वाली एक स्थायी चुंबक सामग्री जो 1960 के दशक के मध्य में उभरी और इसका प्रदर्शन बहुत स्थिर है। सैमरियम कोबाल्ट चुंबकीय गुणों के मामले में मोटरों के निर्माण के लिए विशेष रूप से उपयुक्त है, लेकिन इसकी उच्च कीमत के कारण, इसका उपयोग मुख्य रूप से विमानन, एयरोस्पेस, हथियार और अन्य सैन्य मोटरों और उच्च तकनीक वाले क्षेत्रों में उच्च प्रदर्शन वाले मोटरों के अनुसंधान और विकास में किया जाता है, जहाँ कीमत मुख्य कारक नहीं है।

NdFeB सामग्री: NdFeB चुंबकीय सामग्री नियोडिमियम, आयरन ऑक्साइड आदि का मिश्र धातु है, जिसे चुंबकीय स्टील के रूप में भी जाना जाता है। इसमें अत्यधिक उच्च चुंबकीय ऊर्जा उत्पाद और बलवर्धक बल होता है, और साथ ही, उच्च ऊर्जा घनत्व के फायदे NdFeB स्थायी चुंबक सामग्री को आधुनिक उद्योग और इलेक्ट्रॉनिक प्रौद्योगिकी में व्यापक रूप से उपयोग करते हैं। आकार, वजन और मोटाई को कम करना संभव है। क्योंकि इसमें बहुत अधिक नियोडिमियम और लोहा होता है, इसलिए इसमें जंग लगना आसान होता है। सतह रासायनिक निष्क्रियता वर्तमान में सबसे अच्छे समाधानों में से एक है।

चुंबकीय स्टील प्रदर्शन और मोटर प्रदर्शन के बीच संबंध

1. अवशिष्ट चुंबकत्व का प्रभाव

डीसी मोटर्स के लिए, समान वाइंडिंग मापदंडों और परीक्षण स्थितियों के तहत, अवशेष जितना अधिक होगा, बिना लोड की गति उतनी ही कम होगी और बिना लोड की धारा उतनी ही कम होगी; अधिकतम टॉर्क जितना अधिक होगा, उच्चतम दक्षता बिंदु पर दक्षता उतनी ही अधिक होगी। वास्तविक परीक्षण में, बिना लोड की गति के स्तर और अधिकतम टॉर्क के आकार का उपयोग आम तौर पर चुंबकीय स्टील के अवशेष मानक का न्याय करने के लिए किया जाता है।

समान वाइंडिंग पैरामीटर और इलेक्ट्रिकल पैरामीटर के लिए, रिमेनेंस जितना अधिक होता है, नो-लोड स्पीड उतनी ही कम होती है और नो-लोड करंट उतना ही कम होता है, क्योंकि चलने वाली मोटर अपेक्षाकृत कम गति पर पर्याप्त रिवर्स इंडक्टेंस उत्पन्न करती है। यह एक वोल्टेज उत्पन्न करता है जो वाइंडिंग पर लागू इलेक्ट्रोमोटिव बल के बीजगणितीय योग को कम करता है।

2. दबाव का प्रभाव

मोटर संचालन की प्रक्रिया में, हमेशा तापमान और रिवर्स डिमैग्नेटाइजेशन का प्रभाव होता है। मोटर डिजाइन के दृष्टिकोण से, जितना अधिक बल होता है, चुंबकीय स्टील की मोटाई दिशा उतनी ही छोटी हो सकती है, और बल जितना छोटा होता है, चुंबकीय स्टील की मोटाई दिशा उतनी ही बड़ी होती है। हालाँकि, चुंबकीय स्टील के एक निश्चित बल से अधिक होने के बाद, यह बेकार है, क्योंकि मोटर के अन्य घटक उस तापमान पर स्थिर रूप से काम नहीं कर सकते हैं। बल को केवल आवश्यकताओं को पूरा करने की आवश्यकता है, और मानक अनुशंसित प्रयोगात्मक स्थितियों के तहत आवश्यकताओं को पूरा करना है, और संसाधनों को बर्बाद करने की कोई आवश्यकता नहीं है।

3. वर्गाकारता का प्रभाव

वर्गाकारता केवल मोटर प्रदर्शन परीक्षण दक्षता वक्र की सीधीता को प्रभावित करती है। यद्यपि मोटर दक्षता वक्र की सीधीता को एक महत्वपूर्ण सूचकांक मानक के रूप में सूचीबद्ध नहीं किया गया है, यह प्राकृतिक सड़क स्थितियों के तहत इन-व्हील मोटर की निरंतरता दूरी के लिए बहुत महत्वपूर्ण है। विभिन्न सड़क स्थितियों के कारण, मोटर हमेशा अधिकतम दक्षता बिंदु पर काम नहीं कर सकती है, जो एक कारण है कि कुछ मोटरों की अधिकतम दक्षता अधिक नहीं होती है और निरंतरता दूरी लंबी होती है। एक अच्छे इन-व्हील मोटर में न केवल उच्च अधिकतम दक्षता होनी चाहिए, बल्कि दक्षता वक्र भी यथासंभव समतल होना चाहिए, और दक्षता में कमी का ढलान जितना छोटा होगा, उतना ही बेहतर होगा। यह धीरे-धीरे एक महत्वपूर्ण मानक बन जाएगा क्योंकि इन-व्हील मोटर्स का बाजार, तकनीक और मानक परिपक्व होते हैं।

4. प्रदर्शन स्थिरता का प्रभाव

असंगत अवशेष: यह अच्छा नहीं है, भले ही विशेष रूप से उच्च प्रदर्शन वाले व्यक्तिगत हों। प्रत्येक एकदिशीय चुंबकीय क्षेत्र खंड के चुंबकीय प्रवाह की असंगति के कारण, टॉर्क असममित होता है और कंपन होता है।

असंगत बाध्यकारी बल: विशेष रूप से, व्यक्तिगत उत्पादों का बाध्यकारी बल बहुत कम होता है, जो रिवर्स डीमैग्नेटाइजेशन के लिए प्रवण होता है, जिसके परिणामस्वरूप प्रत्येक चुंबकीय स्टील का असंगत चुंबकीय प्रवाह होता है और मोटर कंपन करता है। यह प्रभाव ब्रशलेस मोटर्स के लिए अधिक स्पष्ट है।

मोटर प्रदर्शन पर चुंबक के आकार और सहनशीलता का प्रभाव

1. चुंबकीय स्टील की मोटाई का प्रभाव

जब आंतरिक या बाहरी चुंबकीय सर्किट तय हो जाता है, जब मोटाई बढ़ जाती है, तो हवा का अंतर कम हो जाता है और प्रभावी चुंबकीय प्रवाह बढ़ जाता है। स्पष्ट प्रदर्शन यह है कि एक ही अवशिष्ट चुंबकत्व के तहत नो-लोड गति और नो-लोड धारा कम हो जाती है, और मोटर की अधिकतम दक्षता कम हो जाती है। हालांकि, इसके नकारात्मक पहलू भी हैं, जैसे मोटर के कम्यूटेशन कंपन में वृद्धि और मोटर की अपेक्षाकृत अधिक दक्षता वक्र। इसलिए, कंपन को कम करने के लिए मोटर मैग्नेट की मोटाई यथासंभव सुसंगत होनी चाहिए।

2. चुंबकीय स्टील की चौड़ाई का प्रभाव

क्लोज-पैक ब्रशलेस मोटर मैग्नेट के लिए, कुल संचयी अंतर 0.5 मिमी से अधिक नहीं हो सकता है। यदि यह बहुत छोटा है, तो इसे स्थापित नहीं किया जा सकेगा। यदि यह बहुत बड़ा है, तो यह मोटर कंपन और कम दक्षता का कारण बनेगा। ऐसा इसलिए है क्योंकि स्थिति और चुंबकीय। स्टील की वास्तविक स्थिति मेल नहीं खाती है, और चौड़ाई की स्थिरता सुनिश्चित की जानी चाहिए, अन्यथा मोटर में कम दक्षता और बड़ा कंपन होता है।

ब्रश मोटर के लिए, चुम्बकों के बीच एक निश्चित अंतराल होता है, जो यांत्रिक कम्यूटेशन संक्रमण क्षेत्र के लिए आरक्षित होता है। हालांकि एक अंतराल है, अधिकांश निर्माताओं के पास मोटर चुंबक की सटीक स्थापना स्थिति सुनिश्चित करने के लिए स्थापना सटीकता सुनिश्चित करने के लिए सख्त चुंबकीय स्टील स्थापना प्रक्रियाएं हैं। यदि चुंबकीय स्टील की चौड़ाई अधिक है, तो इसे स्थापित नहीं किया जाएगा; यदि चुंबकीय स्टील की चौड़ाई बहुत छोटी है, तो चुंबकीय स्टील की स्थिति गलत हो जाएगी, मोटर का कंपन बढ़ जाएगा, और दक्षता कम हो जाएगी।

3. चुंबकीय स्टील चैम्फरिंग आकार और गैर-चैम्फरिंग का प्रभाव

यदि कोण चैम्फर नहीं किया जाता है, तो मोटर के चुंबकीय क्षेत्र के किनारे पर चुंबकीय क्षेत्र की परिवर्तन दर बड़ी होती है, जिससे मोटर का पल्स कंपन होता है। चैम्फरिंग का कोण जितना बड़ा होगा, कंपन उतना ही कम होगा। हालांकि, चैम्फरिंग में आम तौर पर चुंबकीय प्रवाह का एक निश्चित नुकसान होता है। कुछ विशिष्टताओं के लिए, जब चैम्फरिंग 0.8 तक पहुँचती है, तो चुंबकीय प्रवाह का नुकसान 0.5 ~ 1.5% होता है। जब ब्रश मोटर का अवशेष कम होता है, तो चैम्फर के आकार को उचित रूप से कम करना अवशेष की भरपाई के लिए फायदेमंद होता है, लेकिन मोटर का पल्स कंपन बढ़ जाता है। आम तौर पर, जब अवशेष कम होता है, तो लंबाई दिशा में सहिष्णुता को उचित रूप से बढ़ाया जा सकता है, जो एक निश्चित सीमा तक प्रभावी चुंबकीय प्रवाह में सुधार कर सकता है और मोटर के प्रदर्शन को मूल रूप से अपरिवर्तित बना सकता है।

स्थायी चुंबक मोटर के लिए सावधानियां

1. चुंबकीय सर्किट संरचना और डिजाइन गणना

विभिन्न स्थायी चुंबक सामग्रियों के चुंबकीय गुणों, विशेष रूप से दुर्लभ पृथ्वी स्थायी चुंबकों के उत्कृष्ट चुंबकीय गुणों को पूर्ण रूप से निभाने के लिए, और लागत प्रभावी स्थायी चुंबक मोटरों के निर्माण के लिए, पारंपरिक स्थायी चुंबक मोटरों या विद्युत उत्तेजना मोटरों की संरचना और डिजाइन गणना विधियों को आसानी से लागू नहीं किया जा सकता है। एक नई डिजाइन अवधारणा स्थापित की जानी चाहिए, और चुंबकीय सर्किट संरचना का फिर से विश्लेषण और सुधार किया जाना चाहिए। कंप्यूटर हार्डवेयर और सॉफ्टवेयर प्रौद्योगिकी के तेजी से विकास के साथ-साथ विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र संख्यात्मक गणना, अनुकूलन डिजाइन और सिमुलेशन तकनीक जैसे आधुनिक डिजाइन विधियों के निरंतर सुधार के साथ, इलेक्ट्रिक मोटर शिक्षाविदों और इंजीनियरिंग हलकों के संयुक्त प्रयासों के माध्यम से, इसका व्यापक रूप से डिजाइन सिद्धांत में उपयोग किया गया है। गणना विधियों, संरचनात्मक प्रौद्योगिकी और नियंत्रण प्रौद्योगिकी आदि में निर्णायक प्रगति हुई है, और विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र संख्यात्मक गणना और समकक्ष चुंबकीय सर्किट विश्लेषणात्मक समाधान को मिलाकर विश्लेषण और अनुसंधान विधियों और कंप्यूटर-सहायता प्राप्त विश्लेषण और डिजाइन सॉफ्टवेयर का एक सेट बनाया गया है, और लगातार सुधार हो रहा है।

2. नियंत्रण मुद्दे

स्थायी चुंबक मोटर बाहरी ऊर्जा के बिना अपने चुंबकीय क्षेत्र को बनाए रख सकता है, लेकिन यह बाहरी क्षेत्र से अपने चुंबकीय क्षेत्र को समायोजित और नियंत्रित करना भी बेहद मुश्किल बना देता है। स्थायी चुंबक जनरेटर के लिए अपने आउटपुट वोल्टेज और पावर फैक्टर को बाहर से समायोजित करना मुश्किल है और स्थायी चुंबक डीसी मोटर अब उत्तेजना विधि को बदलकर अपनी गति को समायोजित नहीं कर सकता है। ये स्थायी चुंबक मोटरों की अनुप्रयोग सीमा को सीमित करते हैं। हालाँकि, बिजली के इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों और MOSFETs और IGBTs जैसे नियंत्रण प्रौद्योगिकियों के तेजी से विकास के साथ, अधिकांश स्थायी चुंबक मोटर्स को क्षेत्र नियंत्रण के बिना और केवल आर्मेचर नियंत्रण के साथ इस्तेमाल किया जा सकता है। डिजाइन करते समय, दुर्लभ पृथ्वी स्थायी चुंबक सामग्री, बिजली इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों और माइक्रो कंप्यूटर नियंत्रण की तीन नई प्रौद्योगिकियों को संयोजित करना आवश्यक है, ताकि स्थायी चुंबक मोटर नई कार्य स्थितियों के तहत चल सके।

3. अपरिवर्तनीय विचुंबकन की समस्या

यदि डिजाइन या उपयोग अनुचित है, तो स्थायी चुंबक मोटर बहुत अधिक तापमान (एनडीएफईबी स्थायी चुंबक) या बहुत कम (फेराइट स्थायी चुंबक) होने पर, या जब गंभीर यांत्रिक कंपन होता है, तो इनरश करंट के कारण होने वाली आर्मेचर प्रतिक्रिया की कार्रवाई के तहत अपरिवर्तनीय विचुंबकन या चुंबकीयकरण की हानि हो सकती है, जो मोटर के प्रदर्शन को कम कर देगा और यहां तक ​​कि इसे अनुपयोगी भी बना देगा। इसलिए, मोटर निर्माताओं के लिए उपयुक्त स्थायी चुंबक सामग्री की थर्मल स्थिरता की जांच करने के लिए तरीकों और उपकरणों का अनुसंधान और विकास करना और विभिन्न संरचनात्मक रूपों की एंटी-डिमैग्नेटाइजेशन क्षमताओं का विश्लेषण करना आवश्यक है, ताकि डिजाइन और निर्माण के दौरान यह सुनिश्चित करने के लिए संबंधित उपाय किए जा सकें। स्थायी चुंबक मोटर अपना चुंबकत्व नहीं खोते हैं।

4. लागत संबंधी मुद्दे

फेराइट स्थायी चुंबक मोटर, विशेष रूप से लघु स्थायी चुंबक डीसी मोटर, उनकी सरल संरचना और प्रक्रिया, कम वजन और आम तौर पर इलेक्ट्रिक उत्तेजना मोटर की तुलना में कम कुल लागत के कारण व्यापक रूप से उपयोग किए गए हैं। चूंकि दुर्लभ पृथ्वी स्थायी चुंबक वर्तमान में अभी भी अपेक्षाकृत महंगे हैं, इसलिए दुर्लभ पृथ्वी स्थायी चुंबक मोटर की लागत आम तौर पर इलेक्ट्रिक उत्तेजना मोटर की तुलना में अधिक होती है, जिसे इसके उच्च प्रदर्शन और परिचालन लागत बचत द्वारा मुआवजा दिया जाना चाहिए। कुछ अवसरों में, जैसे कि कंप्यूटर डिस्क ड्राइव की वॉयस कॉइल मोटर, NdFeB स्थायी चुंबक के प्रदर्शन में सुधार होता है, आयतन और द्रव्यमान काफी कम हो जाता है, और कुल लागत कम हो जाती है। डिजाइन में, विकल्प तय करने के लिए विशिष्ट उपयोग के अवसरों और आवश्यकताओं के अनुसार प्रदर्शन और कीमत की तुलना करना आवश्यक है, लेकिन लागत को कम करने के लिए संरचनात्मक प्रक्रिया और डिजाइन अनुकूलन को भी नया करना है।