El desarrollo de motores de imanes permanentes está estrechamente relacionado con el desarrollo de materiales de imanes permanentes. China es el primer país del mundo en descubrir las propiedades magnéticas de los materiales magnéticos permanentes y aplicarlas en la práctica. Hace más de 2.000 años, China utilizó las propiedades magnéticas de los materiales magnéticos permanentes para fabricar brújulas, que desempeñaron un papel muy importante en la navegación, el ejército y otros campos, y se convirtieron en uno de los cuatro grandes inventos de la antigua China.
El primer motor del mundo, que apareció en la década de 1920, fue un motor de imán permanente que utilizaba imanes permanentes para generar campos magnéticos de excitación. Sin embargo, el material magnético permanente utilizado en aquella época era la magnetita natural (Fe3O4), que tenía una densidad de energía magnética muy baja. El motor fabricado con él era de gran tamaño y pronto fue reemplazado por un motor de excitación eléctrica.
Con el rápido desarrollo de varios motores y la invención de los magnetizadores actuales, la gente ha realizado investigaciones en profundidad sobre el mecanismo, la composición y la tecnología de fabricación de materiales magnéticos permanentes, y ha descubierto sucesivamente una variedad de materiales magnéticos permanentes como el acero al carbono, el tungsteno. acero (producto de energía magnética máximo de aproximadamente 2,7 kJ/m3) y acero de cobalto (producto de energía magnética máximo de aproximadamente 7,2 kJ/m3).
En particular, la aparición de imanes permanentes de aluminio, níquel y cobalto en la década de 1930 (el producto de energía magnética máxima puede alcanzar 85 kJ/m3) y los imanes permanentes de ferrita en la década de 1950 (el producto de energía magnética máxima puede alcanzar 40 kJ/m3) han mejorado considerablemente las propiedades magnéticas. , y varios micro y pequeños motores han comenzado a utilizar excitación con imán permanente. La potencia de los motores de imán permanente varía desde unos pocos milivatios hasta decenas de kilovatios. Se utilizan ampliamente en la producción militar, industrial y agrícola y en la vida diaria, y su producción ha aumentado dramáticamente.
En consecuencia, durante este período, se han logrado avances en la teoría del diseño, los métodos de cálculo, la magnetización y la tecnología de fabricación de motores de imanes permanentes, formando un conjunto de métodos de análisis e investigación representados por el método del diagrama de trabajo del imán permanente. Sin embargo, la fuerza coercitiva de los imanes permanentes de AlNiCo es baja (36-160 kA/m) y la densidad magnética remanente de los imanes permanentes de ferrita no es alta (0,2-0,44 T), lo que limita su rango de aplicación en motores.
No fue hasta las décadas de 1960 y 1980 que los imanes permanentes de cobalto de tierras raras y los imanes permanentes de neodimio, hierro y boro (denominados colectivamente imanes permanentes de tierras raras) aparecieron uno tras otro. Sus excelentes propiedades magnéticas de alta densidad magnética remanente, alta fuerza coercitiva, alto producto de energía magnética y curva de desmagnetización lineal son particularmente adecuadas para la fabricación de motores, lo que marca el comienzo del desarrollo de los motores de imanes permanentes hacia un nuevo período histórico.
1.Materiales magnéticos permanentes
Los materiales de imanes permanentes comúnmente utilizados en los motores incluyen imanes sinterizados e imanes adheridos, los tipos principales son aluminio, níquel, cobalto, ferrita, samario, cobalto, neodimio, hierro, boro, etc.
Alnico: El material de imán permanente de Alnico es uno de los primeros materiales de imán permanente ampliamente utilizados, y su proceso de preparación y tecnología son relativamente maduros.
Ferrita permanente: En la década de 1950, la ferrita comenzó a florecer, especialmente en la década de 1970, cuando se puso en producción en grandes cantidades ferrita de estroncio con buena coercitividad y rendimiento de energía magnética, expandiendo rápidamente el uso de ferrita permanente. Como material magnético no metálico, la ferrita no tiene las desventajas de una fácil oxidación, una baja temperatura de Curie y un alto costo de los materiales magnéticos permanentes metálicos, por lo que es muy popular.
Cobalto samario: un material magnético permanente con excelentes propiedades magnéticas que surgió a mediados de la década de 1960 y tiene un rendimiento muy estable. El cobalto samario es particularmente adecuado para la fabricación de motores en términos de propiedades magnéticas, pero debido a su alto precio, se utiliza principalmente en la investigación y el desarrollo de motores militares como la aviación, la industria aeroespacial y de armas, y motores en campos de alta tecnología donde El alto rendimiento y el precio no son el factor principal.
NdFeB: El material magnético NdFeB es una aleación de neodimio, óxido de hierro, etc., también conocido como acero magnético. Tiene un producto de energía magnética y una fuerza coercitiva extremadamente alta. Al mismo tiempo, las ventajas de la alta densidad de energía hacen que los materiales magnéticos permanentes de NdFeB se utilicen ampliamente en la industria moderna y la tecnología electrónica, lo que permite miniaturizar, aligerar y adelgazar equipos como instrumentos, motores electroacústicos, separación magnética y magnetización. Debido a que contiene una gran cantidad de neodimio y hierro, es fácil de oxidar. La pasivación química de superficies es una de las mejores soluciones en la actualidad.
Resistencia a la corrosión, temperatura máxima de funcionamiento, rendimiento de procesamiento, forma de la curva de desmagnetización,
y comparación de precios de materiales magnéticos permanentes comúnmente utilizados para motores (Figura)
2.La influencia de la forma y la tolerancia del acero magnético en el rendimiento del motor.
1. Influencia del espesor del acero magnético.
Cuando el circuito magnético interior o exterior está fijo, el entrehierro disminuye y el flujo magnético efectivo aumenta cuando aumenta el espesor. La manifestación obvia es que la velocidad sin carga disminuye y la corriente sin carga disminuye bajo el mismo magnetismo residual, y la eficiencia máxima del motor aumenta. Sin embargo, también existen desventajas, como una mayor vibración de conmutación del motor y una curva de eficiencia del motor relativamente más pronunciada. Por lo tanto, el espesor del acero magnético del motor debe ser lo más consistente posible para reducir la vibración.
2.Influencia del ancho del acero magnético.
Para imanes de motores sin escobillas muy espaciados, el espacio acumulado total no puede exceder los 0,5 mm. Si es demasiado pequeño no se instalará. Si es demasiado grande, el motor vibrará y reducirá la eficiencia. Esto se debe a que la posición del elemento Hall que mide la posición del imán no corresponde a la posición real del imán y el ancho debe ser constante; de lo contrario, el motor tendrá una baja eficiencia y una gran vibración.
Para los motores con escobillas, existe un cierto espacio entre los imanes, que está reservado para la zona de transición de conmutación mecánica. Aunque existe una brecha, la mayoría de los fabricantes tienen procedimientos estrictos de instalación de imanes para garantizar la precisión de la instalación y garantizar la posición de instalación precisa del imán del motor. Si el ancho del imán excede, no se instalará; Si el ancho del imán es demasiado pequeño, provocará que el imán quede desalineado, el motor vibrará más y se reducirá la eficiencia.
3.La influencia del tamaño del chaflán de acero magnético y del no chaflán.
Si no se realiza el chaflán, la tasa de cambio del campo magnético en el borde del campo magnético del motor será grande, provocando la pulsación del motor. Cuanto mayor sea el chaflán, menor será la vibración. Sin embargo, el achaflanado generalmente provoca una cierta pérdida de flujo magnético. Para algunas especificaciones, la pérdida de flujo magnético es de 0,5 a 1,5 % cuando el chaflán es de 0,8. Para motores con escobillas con bajo magnetismo residual, reducir adecuadamente el tamaño del chaflán ayudará a compensar el magnetismo residual, pero la pulsación del motor aumentará. En términos generales, cuando el magnetismo residual es bajo, la tolerancia en la dirección longitudinal se puede ampliar adecuadamente, lo que puede aumentar el flujo magnético efectivo hasta cierto punto y mantener el rendimiento del motor básicamente sin cambios.
3.Notas sobre motores de imanes permanentes
1. Estructura del circuito magnético y cálculo del diseño.
Para aprovechar al máximo las propiedades magnéticas de diversos materiales magnéticos permanentes, especialmente las excelentes propiedades magnéticas de los imanes permanentes de tierras raras, y fabricar motores de imanes permanentes rentables, no es posible aplicar simplemente los métodos de cálculo de estructura y diseño de motores tradicionales de imanes permanentes o motores de excitación electromagnética. Se deben establecer nuevos conceptos de diseño para volver a analizar y mejorar la estructura del circuito magnético. Con el rápido desarrollo de la tecnología de hardware y software, así como la mejora continua de los métodos de diseño modernos, como el cálculo numérico del campo electromagnético, el diseño de optimización y la tecnología de simulación, y gracias a los esfuerzos conjuntos de las comunidades académica y de ingeniería del motor, se han logrado avances. realizado en la teoría del diseño, métodos de cálculo, procesos estructurales y tecnologías de control de motores de imanes permanentes, formando un conjunto completo de métodos de análisis e investigación y software de análisis y diseño asistido por computadora que combina el cálculo numérico del campo electromagnético y la solución analítica de circuito magnético equivalente, y se está mejorando continuamente.
2. Problema de desmagnetización irreversible
Si el diseño o uso es inadecuado, el motor de imán permanente puede producir una desmagnetización irreversible, o desmagnetización, cuando la temperatura es demasiado alta (imán permanente de NdFeB) o demasiado baja (imán permanente de ferrita), bajo la reacción del inducido causada por la corriente de impacto. o bajo fuertes vibraciones mecánicas, que reducirán el rendimiento del motor e incluso lo inutilizarán. Por lo tanto, es necesario estudiar y desarrollar métodos y dispositivos adecuados para que los fabricantes de motores verifiquen la estabilidad térmica de los materiales magnéticos permanentes y analicen las capacidades antidesmagnetización de diversas formas estructurales, de modo que se puedan tomar las medidas correspondientes durante el diseño y la fabricación. para garantizar que el motor de imán permanente no pierda magnetismo.
3.Problemas de costos
Dado que los imanes permanentes de tierras raras siguen siendo relativamente caros, el costo de los motores de imanes permanentes de tierras raras es generalmente más alto que el de los motores de excitación eléctrica, lo que debe compensarse con su alto rendimiento y ahorro en costos operativos. En algunas ocasiones, como en los motores de bobina móvil para unidades de disco de ordenador, el uso de imanes permanentes de NdFeB mejora el rendimiento, reduce significativamente el volumen y la masa y reduce los costes totales. Al diseñar, es necesario hacer una comparación de rendimiento y precio en función de ocasiones y requisitos de uso específicos, e innovar procesos estructurales y optimizar diseños para reducir costos.
Anhui Mingteng Equipo electromecánico de imán permanente Co., Ltd. (https://www.mingtengmotor.com/). La tasa de desmagnetización del acero magnético para motores de imanes permanentes no es más de una milésima por año.
El material de imán permanente del rotor del motor de imán permanente de nuestra empresa adopta un producto de alta energía magnética y NdFeB sinterizado de alta coercitividad intrínseca, y los grados convencionales son N38SH, N38UH, N40UH, N42UH, etc. Tomemos como ejemplo N38SH, un grado comúnmente utilizado en nuestra empresa. , a modo de ejemplo: 38- representa el producto máximo de energía magnética de 38MGOe; SH representa la resistencia máxima a la temperatura de 150 ℃. UH tiene una resistencia a temperaturas máximas de 180 ℃. La empresa ha diseñado herramientas profesionales y accesorios de guía para el ensamblaje de acero magnético, y ha analizado cualitativamente la polaridad del acero magnético ensamblado con medios razonables, de modo que el valor de flujo magnético relativo de cada acero magnético de ranura sea cercano, lo que garantiza la simetría del imán. circuito y la calidad del ensamblaje de acero magnético.
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Hora de publicación: 30 de agosto de 2024