Die Entwicklung von Permanentmagnetmotoren steht in engem Zusammenhang mit der Entwicklung von Permanentmagnetmaterialien. China ist das erste Land der Welt, das die magnetischen Eigenschaften von Permanentmagnetmaterialien entdeckt und in die Praxis umgesetzt hat. Vor mehr als 2.000 Jahren nutzte China die magnetischen Eigenschaften von Permanentmagnetmaterialien zur Herstellung von Kompassen, die in der Navigation, im Militär und in anderen Bereichen eine große Rolle spielten und zu einer der vier großen Erfindungen des alten China wurden.
Der erste Motor der Welt, der in den 1920er Jahren auf den Markt kam, war ein Permanentmagnetmotor, der Permanentmagnete zur Erzeugung magnetischer Erregerfelder nutzte. Das damals verwendete Permanentmagnetmaterial war jedoch natürlicher Magnetit (Fe3O4), der eine sehr geringe magnetische Energiedichte aufwies. Der daraus hergestellte Motor war groß und wurde bald durch den elektrischen Erregermotor ersetzt.
Mit der rasanten Entwicklung verschiedener Motoren und der Erfindung aktueller Magnetisierer haben die Menschen den Mechanismus, die Zusammensetzung und die Herstellungstechnologie permanentmagnetischer Materialien eingehend erforscht und nach und nach eine Vielzahl permanentmagnetischer Materialien wie Kohlenstoffstahl und Wolfram entdeckt Stahl (maximales magnetisches Energieprodukt von etwa 2,7 kJ/m3) und Kobaltstahl (maximales magnetisches Energieprodukt von etwa 7,2 kJ/m3).
Insbesondere das Aufkommen von Aluminium-Nickel-Kobalt-Permanentmagneten in den 1930er Jahren (maximales magnetisches Energieprodukt kann 85 kJ/m3 erreichen) und Ferrit-Permanentmagneten in den 1950er Jahren (maximales magnetisches Energieprodukt kann 40 kJ/m3 erreichen) haben die magnetischen Eigenschaften erheblich verbessert , und verschiedene Mikro- und Kleinmotoren haben begonnen, Permanentmagneterregung zu verwenden. Die Leistung von Permanentmagnetmotoren reicht von einigen Milliwatt bis zu mehreren zehn Milliwatt Kilowatt. Sie werden häufig in der militärischen, industriellen und landwirtschaftlichen Produktion sowie im täglichen Leben eingesetzt und ihre Produktion hat dramatisch zugenommen.
Dementsprechend wurden in diesem Zeitraum Durchbrüche in der Konstruktionstheorie, den Berechnungsmethoden, der Magnetisierung und der Herstellungstechnologie von Permanentmagnetmotoren erzielt und eine Reihe von Analyse- und Forschungsmethoden gebildet, die durch die Methode des Permanentmagnet-Arbeitsdiagrammdiagramms dargestellt werden. Allerdings ist die Koerzitivkraft von AlNiCo-Permanentmagneten gering (36–160 kA/m) und die remanente magnetische Dichte von Ferrit-Permanentmagneten nicht hoch (0,2–0,44 T), was ihren Einsatzbereich in Motoren einschränkt.
Erst in den 1960er und 1980er Jahren kamen nacheinander Seltenerd-Kobalt-Permanentmagnete und Neodym-Eisen-Bor-Permanentmagnete (gemeinsam als Seltenerd-Permanentmagnete bezeichnet) auf den Markt. Ihre hervorragenden magnetischen Eigenschaften mit hoher remanenter magnetischer Dichte, hoher Koerzitivkraft, hohem magnetischem Energieprodukt und linearer Entmagnetisierungskurve eignen sich besonders für die Herstellung von Motoren und läuten so die Entwicklung von Permanentmagnetmotoren in eine neue historische Periode ein.
1. Permanentmagnetische Materialien
Zu den in Motoren üblicherweise verwendeten Permanentmagnetmaterialien gehören Sintermagnete und Verbundmagnete. Die Haupttypen sind Aluminium-Nickel-Kobalt, Ferrit, Samarium-Kobalt, Neodym-Eisen-Bor usw.
Alnico: Alnico-Permanentmagnetmaterial ist eines der frühesten weit verbreiteten Permanentmagnetmaterialien, und sein Herstellungsprozess und seine Technologie sind relativ ausgereift.
Permanentferrit: In den 1950er Jahren begann der Aufschwung von Ferrit, insbesondere in den 1970er Jahren, als Strontiumferrit mit guter Koerzitivkraft und magnetischer Energieleistung in großen Mengen in Produktion ging und die Verwendung von Permanentferrit rasch zunahm. Als nichtmetallisches magnetisches Material weist Ferrit nicht die Nachteile einer leichten Oxidation, einer niedrigen Curie-Temperatur und hoher Kosten von metallischen Permanentmagnetmaterialien auf und ist daher sehr beliebt.
Samarium-Kobalt: Ein Permanentmagnetmaterial mit hervorragenden magnetischen Eigenschaften, das Mitte der 1960er Jahre auf den Markt kam und eine sehr stabile Leistung aufweist. Samariumkobalt eignet sich aufgrund seiner magnetischen Eigenschaften besonders für die Herstellung von Motoren, wird jedoch aufgrund seines hohen Preises hauptsächlich in der Forschung und Entwicklung von Militärmotoren wie Luft- und Raumfahrt sowie Waffen und Motoren in High-Tech-Bereichen eingesetzt Hohe Leistung und Preis sind nicht der Hauptfaktor.
NdFeB: NdFeB-Magnetmaterial ist eine Legierung aus Neodym, Eisenoxid usw., auch bekannt als Magnetstahl. Es verfügt über ein extrem hohes magnetisches Energieprodukt und eine extrem hohe Koerzitivkraft. Gleichzeitig führen die Vorteile der hohen Energiedichte dazu, dass NdFeB-Permanentmagnetmaterialien in der modernen Industrie und Elektroniktechnik weit verbreitet sind und es ermöglichen, Geräte wie Instrumente, elektroakustische Motoren, magnetische Trennung und Magnetisierung zu miniaturisieren, leichter und dünner zu machen. Da es viel Neodym und Eisen enthält, rostet es leicht. Die chemische Oberflächenpassivierung ist derzeit eine der besten Lösungen.
Korrosionsbeständigkeit, maximale Betriebstemperatur, Verarbeitungsleistung, Entmagnetisierungskurvenform,
und Preisvergleich häufig verwendeter Permanentmagnetmaterialien für Motoren (Abbildung)
2.Der Einfluss der Form und Toleranz von Magnetstahl auf die Motorleistung
1. Einfluss der magnetischen Stahldicke
Wenn der innere oder äußere Magnetkreis fixiert ist, verringert sich der Luftspalt und der effektive Magnetfluss nimmt zu, wenn die Dicke zunimmt. Die offensichtliche Manifestation ist, dass die Leerlaufdrehzahl abnimmt und der Leerlaufstrom bei gleichem Restmagnetismus abnimmt und der maximale Wirkungsgrad des Motors steigt. Allerdings gibt es auch Nachteile, wie erhöhte Kommutierungsschwingungen des Motors und eine relativ steilere Wirkungsgradkurve des Motors. Daher sollte die Dicke des Motormagnetstahls möglichst gleichmäßig sein, um Vibrationen zu reduzieren.
2.Einfluss der magnetischen Stahlbreite
Bei eng beieinander liegenden bürstenlosen Motormagneten darf der Gesamtspalt 0,5 mm nicht überschreiten. Wenn es zu klein ist, wird es nicht installiert. Wenn es zu groß ist, vibriert der Motor und verringert die Effizienz. Dies liegt daran, dass die Position des Hall-Elements, das die Position des Magneten misst, nicht mit der tatsächlichen Position des Magneten übereinstimmt und die Breite konsistent sein muss, da sonst der Motor einen geringen Wirkungsgrad und starke Vibrationen aufweist.
Bei Bürstenmotoren besteht zwischen den Magneten ein gewisser Spalt, der für die mechanische Kommutierungsübergangszone reserviert ist. Obwohl es eine Lücke gibt, haben die meisten Hersteller strenge Magnetinstallationsverfahren, um die Installationsgenauigkeit zu gewährleisten und die genaue Installationsposition des Motormagneten sicherzustellen. Wenn die Breite des Magneten größer ist, wird er nicht installiert; Wenn die Breite des Magneten zu klein ist, führt dies zu einer Fehlausrichtung des Magneten, der Motor vibriert stärker und die Effizienz wird verringert.
3. Der Einfluss der Fasengröße und der Nichtfasengröße von magnetischem Stahl
Wenn die Fase nicht durchgeführt wird, ist die Änderungsrate des Magnetfelds am Rand des Magnetfelds des Motors groß, was zu Pulsationen des Motors führt. Je größer die Fase, desto geringer die Vibration. Allerdings führt das Anfasen im Allgemeinen zu einem gewissen Verlust des magnetischen Flusses. Bei einigen Spezifikationen beträgt der magnetische Flussverlust 0,5 bis 1,5 %, wenn die Fase 0,8 beträgt. Bei Bürstenmotoren mit geringem Restmagnetismus hilft eine entsprechende Verkleinerung der Fase dabei, den Restmagnetismus auszugleichen, allerdings nimmt die Pulsation des Motors zu. Im Allgemeinen kann bei geringem Restmagnetismus die Toleranz in Längsrichtung entsprechend vergrößert werden, wodurch der effektive Magnetfluss bis zu einem gewissen Grad erhöht und die Leistung des Motors im Wesentlichen unverändert bleiben kann.
3. Hinweise zu Permanentmagnetmotoren
1. Magnetkreisstruktur und Designberechnung
Um die magnetischen Eigenschaften verschiedener Permanentmagnetmaterialien, insbesondere die hervorragenden magnetischen Eigenschaften von Seltenerd-Permanentmagneten, voll auszunutzen und kostengünstige Permanentmagnetmotoren herzustellen, ist es nicht möglich, einfach die Struktur- und Designberechnungsmethoden von anzuwenden herkömmliche Permanentmagnetmotoren oder Motoren mit elektromagnetischer Erregung. Es müssen neue Designkonzepte entwickelt werden, um die Struktur des magnetischen Kreises neu zu analysieren und zu verbessern. Mit der rasanten Entwicklung der Computerhardware und -softwaretechnologie sowie der kontinuierlichen Verbesserung moderner Entwurfsmethoden wie der numerischen Berechnung elektromagnetischer Felder, des Optimierungsentwurfs und der Simulationstechnologie sowie durch die gemeinsamen Bemühungen der akademischen und technischen Gemeinschaft der Automobilindustrie wurden Durchbrüche erzielt entwickelt in der Entwurfstheorie, Berechnungsmethoden, strukturellen Prozessen und Steuerungstechnologien von Permanentmagnetmotoren und bildet einen vollständigen Satz von Analyse- und Forschungsmethoden sowie computergestützter Analyse- und Entwurfssoftware, die numerische Berechnungen elektromagnetischer Felder und analytische Lösungen für äquivalente Magnetkreise kombiniert, und wird kontinuierlich verbessert.
2. Problem der irreversiblen Entmagnetisierung
Bei unsachgemäßer Konstruktion oder Verwendung kann der Permanentmagnetmotor aufgrund der durch den Stoßstrom verursachten Ankerreaktion eine irreversible Entmagnetisierung oder Entmagnetisierung hervorrufen, wenn die Temperatur zu hoch (NdFeB-Permanentmagnet) oder zu niedrig (Ferrit-Permanentmagnet) ist. oder starken mechanischen Vibrationen ausgesetzt sind, die die Leistung des Motors verringern und ihn sogar unbrauchbar machen. Daher ist es notwendig, für Motorenhersteller geeignete Methoden und Geräte zu untersuchen und zu entwickeln, um die thermische Stabilität von Permanentmagnetmaterialien zu überprüfen und die Entmagnetisierungsfähigkeiten verschiedener Strukturformen zu analysieren, damit entsprechende Maßnahmen während der Konstruktion und Herstellung ergriffen werden können um sicherzustellen, dass der Permanentmagnetmotor seinen Magnetismus nicht verliert.
3. Kostenprobleme
Da Seltenerd-Permanentmagnete immer noch relativ teuer sind, sind die Kosten für Seltenerd-Permanentmagnetmotoren im Allgemeinen höher als die für Motoren mit elektrischer Erregung, was durch die hohe Leistung und Einsparungen bei den Betriebskosten ausgeglichen werden muss. In manchen Fällen, beispielsweise bei Schwingspulenmotoren für Computerlaufwerke, verbessert die Verwendung von NdFeB-Permanentmagneten die Leistung, reduziert Volumen und Masse erheblich und senkt die Gesamtkosten. Beim Entwurf ist es notwendig, Leistung und Preis auf der Grundlage spezifischer Nutzungsanlässe und -anforderungen zu vergleichen und strukturelle Prozesse zu erneuern und Designs zu optimieren, um Kosten zu senken.
Anhui Mingteng Permanent Magnet Electromechanical Equipment Co., Ltd. (https://www.mingtengmotor.com/). Die Entmagnetisierungsrate von Permanentmagnetmotor-Magnetstahl beträgt nicht mehr als ein Tausendstel pro Jahr.
Das Permanentmagnetmaterial des Rotors des Permanentmagnetmotors unseres Unternehmens besteht aus gesintertem NdFeB mit hoher magnetischer Energie und hoher intrinsischer Koerzitivfeldstärke. Die herkömmlichen Sorten sind N38SH, N38UH, N40UH, N42UH usw. Nehmen Sie N38SH, eine häufig verwendete Sorte unseres Unternehmens , als Beispiel: 38- stellt das maximale magnetische Energieprodukt von 38MGOe dar; SH steht für die maximale Temperaturbeständigkeit von 150℃. UH hat eine maximale Temperaturbeständigkeit von 180℃. Das Unternehmen hat professionelle Werkzeuge und Führungsvorrichtungen für die Montage von Magnetstahl entwickelt und die Polarität des montierten Magnetstahls mit angemessenen Mitteln qualitativ analysiert, sodass der relative Magnetflusswert jedes Schlitzmagnetstahls nahe beieinander liegt, was die Symmetrie des Magneten gewährleistet Stromkreis und die Qualität der magnetischen Stahlbaugruppe.
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Zeitpunkt der Veröffentlichung: 30. August 2024