O desenvolvimento de motores de ímã permanente está intimamente relacionado ao desenvolvimento de materiais de ímã permanente. A China é o primeiro país do mundo a descobrir as propriedades magnéticas de materiais magnéticos permanentes e a aplicá-las na prática. Há mais de 2.000 anos, a China usou as propriedades magnéticas de materiais magnéticos permanentes para fazer bússolas, que desempenharam um papel importante na navegação, nas forças armadas e em outros campos, e se tornaram uma das quatro grandes invenções da China antiga.
O primeiro motor do mundo, que surgiu na década de 1920, era um motor de ímã permanente que usava ímãs permanentes para gerar campos magnéticos de excitação. No entanto, o material magnético permanente utilizado naquela época era a magnetita natural (Fe3O4), que tinha uma densidade de energia magnética muito baixa. O motor feito dele era grande e logo foi substituído pelo motor de excitação elétrica.
Com o rápido desenvolvimento de vários motores e a invenção de magnetizadores de corrente, as pessoas conduziram pesquisas aprofundadas sobre o mecanismo, composição e tecnologia de fabricação de materiais magnéticos permanentes e descobriram sucessivamente uma variedade de materiais magnéticos permanentes, como aço carbono, tungstênio aço (produto máximo de energia magnética de cerca de 2,7 kJ/m3) e aço cobalto (produto máximo de energia magnética de cerca de 7,2 kJ/m3).
Em particular, o aparecimento de ímãs permanentes de alumínio-níquel-cobalto na década de 1930 (o produto de energia magnética máxima pode chegar a 85 kJ/m3) e ímãs permanentes de ferrite na década de 1950 (o produto de energia magnética máxima pode chegar a 40 kJ/m3) melhoraram muito as propriedades magnéticas. , e vários micro e pequenos motores começaram a usar excitação de ímã permanente. A potência dos motores de ímã permanente varia de alguns miliwatts a dezenas de quilowatts. Eles são amplamente utilizados na produção militar, industrial e agrícola e na vida diária, e sua produção aumentou dramaticamente.
Correspondentemente, durante este período, foram feitos avanços na teoria de projeto, métodos de cálculo, magnetização e tecnologia de fabricação de motores de ímã permanente, formando um conjunto de métodos de análise e pesquisa representados pelo método do diagrama de diagrama de trabalho de ímã permanente. No entanto, a força coercitiva dos ímãs permanentes de AlNiCo é baixa (36-160 kA/m), e a densidade magnética remanescente dos ímãs permanentes de ferrite não é alta (0,2-0,44 T), o que limita sua faixa de aplicação em motores.
Somente nas décadas de 1960 e 1980 é que os ímãs permanentes de terras raras, cobalto e os ímãs permanentes de neodímio, ferro e boro (coletivamente chamados de ímãs permanentes de terras raras) surgiram um após o outro. Suas excelentes propriedades magnéticas de alta densidade magnética remanente, alta força coercitiva, alto produto de energia magnética e curva de desmagnetização linear são particularmente adequadas para a fabricação de motores, inaugurando assim o desenvolvimento de motores de ímã permanente em um novo período histórico.
1.Materiais magnéticos permanentes
Os materiais de ímã permanente comumente usados em motores incluem ímãs sinterizados e ímãs ligados, os principais tipos são alumínio, níquel, cobalto, ferrita, samário, cobalto, neodímio, ferro, boro, etc.
Alnico: O material magnético permanente Alnico é um dos primeiros materiais magnéticos permanentes amplamente utilizados e seu processo de preparação e tecnologia são relativamente maduros.
Ferrita permanente: Na década de 1950, a ferrita começou a florescer, especialmente na década de 1970, quando a ferrita de estrôncio com boa coercividade e desempenho energético magnético foi colocada em produção em grandes quantidades, expandindo rapidamente o uso de ferrita permanente. Como um material magnético não metálico, a ferrita não tem as desvantagens de fácil oxidação, baixa temperatura Curie e alto custo de materiais metálicos de ímã permanente, por isso é muito popular.
Cobalto Samário: Um material magnético permanente com excelentes propriedades magnéticas que surgiu em meados da década de 1960 e tem desempenho muito estável. O cobalto samário é particularmente adequado para a fabricação de motores em termos de propriedades magnéticas, mas devido ao seu alto preço, é usado principalmente na pesquisa e desenvolvimento de motores militares, como aviação, aeroespacial e armas, e motores em campos de alta tecnologia onde alto desempenho e preço não são o fator principal.
NdFeB: O material magnético NdFeB é uma liga de neodímio, óxido de ferro, etc., também conhecido como aço magnético. Possui produto de energia magnética extremamente alto e força coercitiva. Ao mesmo tempo, as vantagens da alta densidade de energia tornam os materiais magnéticos permanentes NdFeB amplamente utilizados na indústria moderna e na tecnologia eletrônica, possibilitando miniaturizar, iluminar e afinar equipamentos como instrumentos, motores eletroacústicos, separação magnética e magnetização. Por conter grande quantidade de neodímio e ferro, é fácil enferrujar. A passivação química de superfície é uma das melhores soluções atualmente.
Resistência à corrosão, temperatura máxima de operação, desempenho de processamento, formato da curva de desmagnetização,
e comparação de preços de materiais de ímã permanente comumente usados para motores (Figura)
2.A influência do formato e da tolerância do aço magnético no desempenho do motor
1. Influência da espessura do aço magnético
Quando o circuito magnético interno ou externo é fixo, o entreferro diminui e o fluxo magnético efetivo aumenta quando a espessura aumenta. A manifestação óbvia é que a velocidade sem carga diminui e a corrente sem carga diminui sob o mesmo magnetismo residual, e a eficiência máxima do motor aumenta. No entanto, também existem desvantagens, tais como o aumento da vibração de comutação do motor e uma curva de eficiência relativamente mais acentuada do motor. Portanto, a espessura do aço magnético do motor deve ser tão consistente quanto possível para reduzir a vibração.
2.Influência da largura do aço magnético
Para ímãs de motor sem escova espaçados, a folga cumulativa total não pode exceder 0,5 mm. Se for muito pequeno, não será instalado. Se for muito grande, o motor vibrará e reduzirá a eficiência. Isso ocorre porque a posição do elemento Hall que mede a posição do ímã não corresponde à posição real do ímã, e a largura deve ser consistente, caso contrário o motor terá baixa eficiência e grande vibração.
Para motores escovados existe uma certa folga entre os ímãs, que é reservada para a zona de transição de comutação mecânica. Embora haja uma lacuna, a maioria dos fabricantes possui procedimentos rígidos de instalação do ímã para garantir a precisão da instalação, a fim de garantir a posição de instalação precisa do ímã do motor. Se a largura do ímã exceder, ele não será instalado; se a largura do ímã for muito pequena, isso fará com que o ímã fique desalinhado, o motor vibrará mais e a eficiência será reduzida.
3.A influência do tamanho do chanfro de aço magnético e não chanfro
Se o chanfro não for feito, a taxa de variação do campo magnético na borda do campo magnético do motor será grande, causando a pulsação do motor. Quanto maior for o chanfro, menor será a vibração. No entanto, o chanfro geralmente causa uma certa perda no fluxo magnético. Para algumas especificações, a perda de fluxo magnético é de 0,5 ~ 1,5% quando o chanfro é de 0,8. Para motores escovados com baixo magnetismo residual, a redução adequada do tamanho do chanfro ajudará a compensar o magnetismo residual, mas a pulsação do motor aumentará. De modo geral, quando o magnetismo residual é baixo, a tolerância na direção do comprimento pode ser ampliada adequadamente, o que pode aumentar o fluxo magnético efetivo até certo ponto e manter o desempenho do motor basicamente inalterado.
3.Notas sobre motores de ímã permanente
1. Estrutura do circuito magnético e cálculo de projeto
A fim de aproveitar ao máximo as propriedades magnéticas de vários materiais de ímã permanente, especialmente as excelentes propriedades magnéticas de ímãs permanentes de terras raras, e fabricar motores de ímã permanente com boa relação custo-benefício, não é possível simplesmente aplicar os métodos de cálculo de estrutura e projeto de motores de ímã permanente tradicionais ou motores de excitação eletromagnética. Novos conceitos de projeto devem ser estabelecidos para reanalisar e melhorar a estrutura do circuito magnético. Com o rápido desenvolvimento da tecnologia de hardware e software de computador, bem como a melhoria contínua dos métodos de projeto modernos, como cálculo numérico de campo eletromagnético, projeto de otimização e tecnologia de simulação, e através dos esforços conjuntos das comunidades acadêmicas e de engenharia automotiva, avanços foram feito na teoria de projeto, métodos de cálculo, processos estruturais e tecnologias de controle de motores de ímã permanente, formando um conjunto completo de métodos de análise e pesquisa e software de análise e projeto auxiliado por computador que combina cálculo numérico de campo eletromagnético e solução analítica de circuito magnético equivalente, e está sendo continuamente melhorado.
2. Problema de desmagnetização irreversível
Se o projeto ou uso for inadequado, o motor de ímã permanente pode produzir desmagnetização irreversível, ou desmagnetização, quando a temperatura for muito alta (ímã permanente NdFeB) ou muito baixa (ímã permanente de ferrite), sob a reação da armadura causada pela corrente de impacto, ou sob fortes vibrações mecânicas, o que reduzirá o desempenho do motor e até mesmo o tornará inutilizável. Portanto, é necessário estudar e desenvolver métodos e dispositivos adequados para os fabricantes de motores verificarem a estabilidade térmica de materiais magnéticos permanentes e analisarem as capacidades antidesmagnetização de várias formas estruturais, para que medidas correspondentes possam ser tomadas durante o projeto e fabricação. para garantir que o motor de ímã permanente não perca magnetismo.
3. Questões de custo
Como os ímãs permanentes de terras raras ainda são relativamente caros, o custo dos motores de ímãs permanentes de terras raras é geralmente superior ao dos motores de excitação elétrica, o que precisa ser compensado pelo seu alto desempenho e economia nos custos operacionais. Em algumas ocasiões, como motores de bobina de voz para unidades de disco de computador, o uso de ímãs permanentes de NdFeB melhora o desempenho, reduz significativamente o volume e a massa e reduz os custos totais. Ao projetar, é necessário fazer uma comparação de desempenho e preço com base em ocasiões e requisitos específicos de uso, e inovar processos estruturais e otimizar projetos para reduzir custos.
Anhui Mingteng Equipamento eletromecânico de ímã permanente Co., Ltd.https://www.mingtengmotor.com/). A taxa de desmagnetização do aço magnético do motor de ímã permanente não é superior a um milésimo por ano.
O material de ímã permanente do rotor do motor de ímã permanente de nossa empresa adota produto de alta energia magnética e NdFeB sinterizado de alta coercividade intrínseca, e as classes convencionais são N38SH, N38UH, N40UH, N42UH, etc. , como exemplo: 38- representa o produto máximo de energia magnética de 38MGOe; SH representa a resistência máxima à temperatura de 150°C. UH tem uma resistência máxima à temperatura de 180°C. A empresa projetou ferramentas profissionais e acessórios de guia para montagem de aço magnético e analisou qualitativamente a polaridade do aço magnético montado com meios razoáveis, de modo que o valor relativo do fluxo magnético de cada slot de aço magnético seja próximo, o que garante a simetria do magnético circuito e a qualidade da montagem do aço magnético.
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Horário da postagem: 30 de agosto de 2024