Вы действительно понимаете конструкцию постоянных магнитов в двигателях с постоянными магнитами?

Развитие двигателей с постоянными магнитами тесно связано с развитием материалов для постоянных магнитов.
Разработка двигателей с постоянными магнитами тесно связана с разработкой материалов для постоянных магнитов. Моя страна является первой страной в мире, которая открыла магнитные свойства материалов для постоянных магнитов и применила их на практике. Более двух тысяч лет назад наша страна использовала магнитные свойства материалов для постоянных магнитов, чтобы создать компас, который сыграл огромную роль в навигации, военном деле и других областях. Он стал одним из четырех великих изобретений в древней моей стране.

Первый в мире двигатель, появившийся в 1820-х годах, был двигателем с постоянным магнитом, в котором возбуждающее магнитное поле создавалось постоянным магнитом. Однако материалом для постоянного магнита в то время был природный магнетит (Fe3O4), имеющий очень низкую плотность магнитной энергии, а двигатель, изготовленный из него, был громоздким и вскоре был заменен двигателем с электрическим возбуждением.

С быстрым развитием различных двигателей и изобретением намагничивающих устройств люди провели глубокие исследования механизма, состава и технологии производства материалов постоянных магнитов и последовательно открыли углеродистую сталь и вольфрамовую сталь (максимальное произведение магнитной энергии составляет около 2.7 кДж/м3), кобальтовую сталь (максимальное произведение магнитной энергии составляет около 7.2 кДж/м3) и другие материалы постоянных магнитов. В частности, постоянные магниты AlNiCo, которые появились в 1930-х годах (максимальное произведение магнитной энергии может достигать 85 кДж/м3), и ферритовые постоянные магниты, которые появились в 1950-х годах (максимальное произведение магнитной энергии теперь может достигать 40 кДж/м3), обладают различными магнитными свойствами. С большим усовершенствованием различные микро- и малые двигатели использовали возбуждение постоянными магнитами. Мощность двигателей с постоянными магнитами составляет всего несколько милливатт и достигает десятков киловатт. Они широко используются в военном, промышленном и сельскохозяйственном производстве и повседневной жизни, а выпуск продукции резко возрос. Соответственно, в этот период были сделаны прорывы в теории проектирования, методе расчета, намагничивании и технологии изготовления двигателей с постоянными магнитами, а также был сформирован набор методов анализа и исследования, представленных рабочей диаграммой постоянных магнитов. Однако коэрцитивная сила постоянных магнитов AlNiCo низкая (36-160 кА/м), а остаточная магнитная плотность ферритовых постоянных магнитов невысока (0.2-0.44 Тл), что ограничивает их применение в двигателях. До 1960-х и 1980-х годов последовательно появлялись редкоземельные кобальтовые постоянные магниты и неодимовые железо-боровые постоянные магниты (оба вместе именуемые редкоземельными постоянными магнитами) с их высокой остаточной магнитной плотностью, высокой коэрцитивной силой, высоким магнитным энергетическим произведением и линейной кривой размагничивания. Превосходные магнитные свойства двигателя с постоянными магнитами особенно подходят для производства электродвигателей, благодаря чему развитие двигателей с постоянными магнитами вступило в новый исторический период.

Материал постоянного магнита

Магниты двигателя: Материалы постоянных магнитов, обычно используемые в двигателях, включают спеченные магниты и магнитопластовые пластины, основными типами являются AlNiCo, феррит, самарий-кобальт, NdFeB и т. д.
AlNiCo: Материал постоянного магнита AlNiCo является самым ранним широко используемым материалом постоянного магнита, а его процесс и технология приготовления относительно зрелые. В настоящее время есть заводы в Японии, США, Европе, России и Китае. Среди крупных производственных предприятий, выпуск постоянного магнита Ханчжоу в настоящее время является первым в Китае, с годовой производственной мощностью 3,000 тонн.

Материал постоянного магнита феррита: В 1950-х годах феррит начал процветать. Особенно в 1970-х годах стронциевый феррит с лучшими характеристиками коэрцитивной силы и магнитной энергии был запущен в производство в больших количествах, и использование постоянного магнита феррита быстро расширилось. Как неметаллический магнитный материал, феррит не имеет недостатков легкого окисления, низкой температуры Кюри и высокой стоимости металлических постоянных магнитных материалов, поэтому он очень популярен.

Самарий-кобальтовый материал: постоянный магнитный материал с превосходными магнитными свойствами, который появился в середине 1960-х годов, и его эксплуатационные характеристики очень стабильны. Самарий-кобальт особенно подходит для производства двигателей с точки зрения магнитных свойств, но из-за своей высокой цены он в основном используется в исследованиях и разработках авиационных, аэрокосмических, оружейных и других военных двигателей, а также высокопроизводительных двигателей в высокотехнологичных областях, где цена не является основным фактором.

Материал NdFeB: Магнитный материал NdFeB представляет собой сплав неодима, оксида железа и т. д., также известный как магнитная сталь. Он имеет чрезвычайно высокое магнитное энергетическое произведение и коэрцитивную силу, и в то же время преимущества высокой плотности энергии делают постоянные магнитные материалы NdFeB широко используемыми в современной промышленности и электронной технике. Можно уменьшить размер, вес и толщину. Поскольку он содержит много неодима и железа, он легко ржавеет. Поверхностная химическая пассивация является одним из лучших решений в настоящее время.

Взаимосвязь между характеристиками магнитной стали и характеристиками двигателя

1. Влияние остаточного магнетизма

Для двигателей постоянного тока при тех же параметрах обмотки и условиях испытаний, чем выше остаточная намагниченность, тем ниже скорость холостого хода и ток холостого хода; чем больше максимальный крутящий момент, тем выше эффективность в точке наивысшей эффективности. В реальном испытании уровень скорости холостого хода и величина максимального крутящего момента обычно используются для оценки стандарта остаточной намагниченности магнитной стали.

При тех же параметрах обмотки и электрических параметрах, причина, по которой чем выше остаточная намагниченность, тем ниже скорость холостого хода и тем ниже ток холостого хода, заключается в том, что работающий двигатель генерирует достаточно обратной индуктивности при относительно низкой скорости. Он генерирует напряжение, которое вызывает уменьшение алгебраической суммы электродвижущей силы, приложенной к обмотке.

2. Влияние принуждения

В процессе работы двигателя всегда присутствует влияние температуры и обратного размагничивания. С точки зрения конструкции двигателя, чем выше коэрцитивная сила, тем меньше может быть направление толщины магнитной стали, и чем меньше коэрцитивная сила, тем больше направление толщины магнитной стали. Однако после того, как магнитная сталь превысит определенную коэрцитивную силу, она бесполезна, потому что другие компоненты двигателя не могут стабильно работать при этой температуре. Коэрцитивность должна соответствовать только требованиям, а стандарт должен соответствовать требованиям в рекомендуемых экспериментальных условиях, и нет необходимости тратить ресурсы.

3. Эффект квадратности

Прямоугольность влияет только на прямолинейность кривой эффективности испытания производительности двигателя. Хотя прямолинейность кривой эффективности двигателя не была указана как важный стандарт индекса, она очень важна для расстояния продолжения двигателя в колесе в естественных дорожных условиях. Из-за различных дорожных условий двигатель не всегда может работать в точке максимальной эффективности, что является одной из причин, по которой максимальная эффективность некоторых двигателей невысока, а расстояние продолжения велико. Хороший двигатель в колесе должен не только иметь высокую максимальную эффективность, но и кривая эффективности должна быть максимально ровной, и чем меньше наклон снижения эффективности, тем лучше. Это постепенно станет важным стандартом по мере развития рынка, технологий и стандартов двигателей в колесах.

4. Влияние стабильности производительности

Непостоянная остаточная намагниченность: Это нехорошо, даже если есть отдельные с особенно высокими характеристиками. Из-за непостоянства магнитного потока каждого однонаправленного сегмента магнитного поля крутящий момент асимметричен и возникает вибрация.

Непостоянная коэрцитивная сила: в частности, коэрцитивная сила отдельных продуктов слишком мала, что приводит к обратному размагничиванию, что приводит к непостоянному магнитному потоку каждой магнитной стали и вызывает вибрацию двигателя. Этот эффект более выражен для бесщеточных двигателей.

Влияние формы магнита и допусков на производительность двигателя

1. Влияние толщины магнитной стали

Когда внутренняя или внешняя магнитная цепь фиксирована, при увеличении толщины воздушный зазор уменьшается, а эффективный магнитный поток увеличивается. Очевидная производительность заключается в том, что скорость холостого хода и ток холостого хода уменьшаются при том же остаточном магнетизме, а максимальная эффективность двигателя снижается. Однако есть и отрицательные аспекты, такие как повышенная коммутационная вибрация двигателя и относительно более крутая кривая эффективности двигателя. Поэтому толщина магнитов двигателя должна быть максимально постоянной, чтобы уменьшить вибрацию.

2. Влияние ширины магнитной стали

Для плотно упакованных бесщеточных магнитов двигателя общий кумулятивный зазор не может превышать 0.5 мм. Если он слишком мал, его невозможно будет установить. Если он слишком велик, это приведет к вибрации двигателя и снижению эффективности. Это происходит из-за положения и магнитного. Фактическое положение стали не соответствует, и необходимо обеспечить постоянство ширины, в противном случае двигатель будет иметь низкую эффективность и большую вибрацию.

Для щеточных двигателей существует определенный зазор между магнитами, который зарезервирован для зоны перехода механической коммутации. Несмотря на то, что зазор есть, большинство производителей имеют строгие процедуры установки магнитной стали, чтобы гарантировать точность установки, чтобы гарантировать точное положение установки магнита двигателя. Если ширина магнитной стали превышает, она не будет установлена; если ширина магнитной стали слишком мала, позиционирование магнитной стали будет невыровнено, вибрация двигателя увеличится, а эффективность снизится.

3. Влияние размера фаски магнитной стали и отсутствия фаски

Если угол не скошенный, скорость изменения магнитного поля на краю магнитного поля двигателя большая, что вызывает импульсную вибрацию двигателя. Чем больше угол скошения, тем меньше вибрация. Однако скошивание обычно имеет определенную потерю магнитного потока. Для некоторых спецификаций, когда скошивание достигает 0.8, потеря магнитного потока составляет 0.5~1.5%. Когда остаточная намагниченность щеточного двигателя низкая, соответствующее уменьшение размера фаски полезно для компенсации остаточной намагниченности, но импульсная вибрация двигателя увеличивается. Вообще говоря, когда остаточная намагниченность низкая, допуск в направлении длины может быть соответствующим образом увеличен, что может улучшить эффективный магнитный поток в определенной степени и сделать производительность двигателя в основном неизменной.

Меры предосторожности для двигателей с постоянными магнитами

1. Структура магнитной цепи и расчет конструкции.

Для того чтобы в полной мере использовать магнитные свойства различных материалов с постоянными магнитами, особенно превосходные магнитные свойства редкоземельных постоянных магнитов, и производить экономически эффективные двигатели с постоянными магнитами, нельзя просто применить методы расчета структуры и конструкции традиционных двигателей с постоянными магнитами или двигателей с электрическим возбуждением. Необходимо разработать новую концепцию проектирования, а также повторно проанализировать и улучшить структуру магнитной цепи. Благодаря быстрому развитию компьютерных аппаратных и программных технологий, а также постоянному совершенствованию современных методов проектирования, таких как численный расчет электромагнитного поля, оптимизационное проектирование и технология моделирования, совместными усилиями академических кругов электродвигателей и инженерных кругов, он широко используется в теории проектирования. Прорывной прогресс был достигнут в методах расчета, структурной технологии и технологии управления и т. д., а также был сформирован набор методов анализа и исследования и программного обеспечения для автоматизированного анализа и проектирования, объединяющих численный расчет электромагнитного поля и аналитическое решение эквивалентной магнитной цепи, и они постоянно совершенствуются.

2. Проблемы контроля

Двигатель с постоянными магнитами может поддерживать свое магнитное поле без внешней энергии, но это также делает чрезвычайно сложным регулирование и управление его магнитным полем извне. Генератору с постоянными магнитами трудно регулировать свое выходное напряжение и коэффициент мощности извне, а двигатель постоянного тока с постоянными магнитами больше не может регулировать свою скорость, изменяя метод возбуждения. Это ограничивает область применения двигателей с постоянными магнитами. Однако с быстрым развитием силовых электронных устройств и технологий управления, таких как МОП-транзисторы и БТИЗ, большинство двигателей с постоянными магнитами могут использоваться без управления полем и только с управлением якорем. При проектировании необходимо объединить три новые технологии редкоземельных постоянных магнитных материалов, силовых электронных устройств и микрокомпьютерного управления, чтобы двигатель с постоянными магнитами мог работать в новых рабочих условиях.

3. Проблема необратимого размагничивания

Если конструкция или использование ненадлежащее, двигатель с постоянными магнитами будет находиться под действием реакции якоря, вызванной пусковым током, когда температура слишком высокая (постоянный магнит NdFeB) или слишком низкая (постоянный магнит феррит), или когда есть сильная механическая вибрация. Возможно вызвать необратимое размагничивание или потерю намагниченности, что снизит производительность двигателя и даже сделает его непригодным для использования. Поэтому необходимо исследовать и разрабатывать методы и устройства для проверки термической стабильности материалов постоянных магнитов, подходящих для производителей двигателей, и анализировать антиразмагничивающие возможности различных структурных форм, чтобы принять соответствующие меры для обеспечения того, чтобы во время проектирования и производства. Двигатели с постоянными магнитами не теряли свой магнетизм.

4. Вопросы стоимости

Двигатели с постоянными магнитами на феррите, особенно миниатюрные двигатели постоянного тока с постоянными магнитами, широко используются благодаря своей простой конструкции и процессу, уменьшенному весу и, как правило, более низкой общей стоимости, чем двигатели с электрическим возбуждением. Поскольку в настоящее время редкоземельные постоянные магниты все еще относительно дороги, стоимость двигателей с постоянными магнитами на редкоземельных элементах, как правило, выше, чем у двигателей с электрическим возбуждением, что необходимо компенсировать высокой производительностью и экономией эксплуатационных расходов. В некоторых случаях, например, в двигателях с звуковой катушкой компьютерных дисководов, производительность постоянных магнитов NdFeB улучшается, объем и масса значительно уменьшаются, а общая стоимость снижается. При проектировании необходимо сравнивать производительность и цену в соответствии с конкретными случаями использования и требованиями, чтобы принять решение о выборе, а также вносить инновации в структурный процесс и оптимизацию конструкции для снижения стоимости.