"הליבה" של מנועי מגנט קבוע - מגנטים קבועים

הפיתוח של מנועי מגנט קבוע קשור קשר הדוק לפיתוח חומרי מגנט קבוע. סין היא המדינה הראשונה בעולם שגילתה את התכונות המגנטיות של חומרים מגנטים קבועים ומיישמת אותם בפועל. לפני יותר מ-2,000 שנה, סין השתמשה בתכונות המגנטיות של חומרים מגנטים קבועים לייצור מצפנים, שמילאו תפקיד עצום בניווט, צבאי ואחרים, והפכו לאחת מארבע ההמצאות הגדולות של סין העתיקה.

המנוע הראשון בעולם, שהופיע בשנות ה-20, היה מנוע מגנט קבוע שעשה שימוש במגנטים קבועים ליצירת שדות מגנטיים עירור. עם זאת, חומר המגנט הקבוע בשימוש באותה תקופה היה מגנטיט טבעי (Fe3O4), שהיה לו צפיפות אנרגיה מגנטית נמוכה מאוד. המנוע העשוי ממנו היה גדול במידותיו ועד מהרה הוחלף במנוע העירור החשמלי.

עם ההתפתחות המהירה של מנועים שונים והמצאת המגנטיזרים הנוכחיים, אנשים ערכו מחקר מעמיק על המנגנון, ההרכב וטכנולוגיית הייצור של חומרים מגנטיים קבועים, וגילו ברציפות מגוון חומרים מגנטיים קבועים כגון פלדת פחמן, טונגסטן פלדה (תוצר אנרגיה מגנטית מקסימלית של כ-2.7 קילו-ג'יי/מ"ק), ופלדת קובלט (תוצר אנרגיה מגנטית מקסימלית של כ-7.2 קילו-ג'יי/מ"ק).

בפרט, להופעת מגנטים קבועים מאלומיניום ניקל קובלט בשנות ה-30 (תוצר אנרגיה מגנטית מקסימלית יכול להגיע ל-85 קילו-ג'יי/מ"ק) ומגנטים קבועים של פריט בשנות החמישים (תוצר אנרגיה מגנטית מירבית יכול להגיע ל-40 קילו-ג'יי-מ"ק) יש תכונות מגנטיות משופרות מאוד. , ומנועי מיקרו וקטנים שונים החלו להשתמש בעירור מגנט קבוע. ההספק של מנועי מגנט קבוע נע בין כמה מיליוואטים לעשרות קילוואט. הם נמצאים בשימוש נרחב בייצור צבאי, תעשייתי וחקלאי ובחיי היומיום, והתפוקה שלהם גדלה באופן דרמטי.

בהתאם, במהלך תקופה זו נעשו פריצות דרך בתורת התכנון, שיטות החישוב, המגנטיזציה והייצור של מנועי מגנט קבוע, ויצרו קבוצה של שיטות ניתוח ומחקר המיוצגות על ידי שיטת דיאגרמת עבודת המגנט הקבוע. עם זאת, כוח הכפייה של מגנטים קבועים של AlNiCo נמוך (36-160 kA/m), והצפיפות המגנטית הרמננטית של מגנטים קבועים פריט אינה גבוהה (0.2-0.44 T), מה שמגביל את טווח היישום שלהם במנועים.

רק בשנות ה-60 וה-80 של המאה ה-20 יצאו בזה אחר זה מגנטים קבועים מקובלט אדמה נדירים ומגנטים קבועים מברזל בורון ניאודימיום (המכונים ביחד מגנטים קבועים של אדמה נדירה). התכונות המגנטיות המצוינות שלהם של צפיפות מגנטית רמננטית גבוהה, כוח כפייה גבוה, תוצר אנרגיה מגנטית גבוהה ועקומת דה-מגנטיזציה ליניארית מתאימות במיוחד לייצור מנועים, ובכך מובילות את הפיתוח של מנועי מגנט קבוע לתקופה היסטורית חדשה.

1. חומרים מגנטיים קבועים

חומרי המגנט הקבוע הנפוצים במנועים כוללים מגנטים מלוכדים ומגנטים מלוכדים, הסוגים העיקריים הם אלומיניום ניקל קובלט, פריט, קובלט סמריום, בורון ברזל ניאודימיום וכו'.

אלניקו: חומר מגנט קבוע של אלניקו הוא אחד מחומרי המגנט הקבוע המוקדמים ביותר בשימוש נרחב, ותהליך ההכנה והטכנולוגיה שלו בוגרים יחסית.

פריט קבוע: בשנות ה-50 הפריט החל לפרוח, במיוחד בשנות ה-70, כאשר פריט סטרונציום בעל כושר כפייה טוב וביצועי אנרגיה מגנטית הוכנס לייצור בכמויות גדולות, מה שהרחיב במהירות את השימוש בפריט קבוע. כחומר מגנטי לא מתכתי, לפריט אין את החסרונות של חמצון קל, טמפרטורת קירי נמוכה ועלות גבוהה של חומרי מגנט קבוע ממתכת, ולכן הוא פופולרי מאוד.

קובלט סמריום: חומר מגנט קבוע בעל תכונות מגנטיות מעולות שהופיע באמצע שנות ה-60 ובעל ביצועים יציבים מאוד. קובלט סמריום מתאים במיוחד לייצור מנועים מבחינת תכונות מגנטיות, אך בשל מחירו הגבוה הוא משמש בעיקר במחקר ופיתוח של מנועים צבאיים כגון תעופה, חלל וחלל, ומנועים בתחומי ההייטק בהם ביצועים גבוהים ומחיר אינם הגורם העיקרי.

NdFeB: חומר מגנטי NdFeB הוא סגסוגת של ניאודימיום, תחמוצת ברזל וכו', המכונה גם פלדה מגנטית. יש לו תוצר אנרגיה מגנטית וכוח כפייה גבוהים במיוחד. יחד עם זאת, היתרונות של צפיפות אנרגיה גבוהה הופכים את חומרי המגנט הקבוע של NdFeB לשימוש נרחב בתעשייה המודרנית ובטכנולוגיה אלקטרונית, מה שמאפשר למזער, להבהיר ולדק ציוד כגון מכשירים, מנועים אלקטרואקוסטיים, הפרדה מגנטית ומגנטיזציה. מכיוון שהוא מכיל כמות גדולה של ניאודימיום וברזל, קל להחליד. פסיבציה כימית על פני השטח היא אחד הפתרונות הטובים ביותר כיום.

עמידות בפני קורוזיה, טמפרטורת פעולה מקסימלית, ביצועי עיבוד, צורת עקומת דה-מגנטיזציה,

והשוואת מחירים של חומרים מגנטים קבועים בשימוש נפוץ למנועים (איור)

2.השפעת צורת הפלדה המגנטית והסובלנות על ביצועי המנוע

1. השפעת עובי פלדה מגנטית

כאשר המעגל המגנטי הפנימי או החיצוני קבוע, מרווח האוויר יורד והשטף המגנטי האפקטיבי גדל כאשר העובי גדל. הביטוי הברור הוא שמהירות ללא עומס יורדת וזרם ללא עומס יורד תחת אותה מגנטיות שיורית, והיעילות המקסימלית של המנוע עולה. עם זאת, ישנם גם חסרונות, כגון רטט מוגבר של המנוע ועקומת יעילות תלולה יותר של המנוע. לכן, עובי הפלדה המגנטית של המנוע צריך להיות עקבי ככל האפשר כדי להפחית את הרטט.

2.השפעה של רוחב פלדה מגנטית

עבור מגנטים ללא מברשות מרווחים קרובים, הפער הכולל המצטבר לא יכול לעלות על 0.5 מ"מ. אם הוא קטן מדי, הוא לא יותקן. אם הוא גדול מדי, המנוע ירטוט ויקטין את היעילות. הסיבה לכך היא שהמיקום של אלמנט ההול שמודד את מיקום המגנט אינו תואם את המיקום בפועל של המגנט, והרוחב חייב להיות עקבי, אחרת המנוע יהיה בעל יעילות נמוכה ורטט גדול.

עבור מנועים מוברשים, יש פער מסוים בין המגנטים, השמור לאזור המעבר המכני. למרות שיש פער, לרוב היצרנים יש נהלי התקנת מגנט קפדניים על מנת להבטיח את דיוק ההתקנה על מנת להבטיח את מיקום ההתקנה המדויק של מגנט המנוע. אם רוחב המגנט חורג, הוא לא יותקן; אם רוחב המגנט קטן מדי, זה יגרום למגנט להיות לא נכון, המנוע ירטוט יותר, והיעילות תפחת.

3. ההשפעה של גודל שיפוע פלדה מגנטי ולא שיפוע

אם השיפוע לא נעשה, קצב השינוי של השדה המגנטי בקצה השדה המגנטי של המנוע יהיה גדול, ויגרום לפעימה של המנוע. ככל שהשיפוע גדול יותר, הרטט קטן יותר. עם זאת, שיוף גורם בדרך כלל לאובדן מסוים בשטף המגנטי. עבור מפרטים מסוימים, אובדן השטף המגנטי הוא 0.5 ~ 1.5% כאשר השיפוע הוא 0.8. עבור מנועים מוברש עם מגנטיות שיורית נמוכה, הקטנה מתאימה של גודל השיפוע תעזור לפצות על המגנטיות השיורית, אך הפעימה של המנוע תגדל. באופן כללי, כאשר המגנטיות השיורית נמוכה, ניתן להגדיל את הסובלנות בכיוון האורך בצורה מתאימה, מה שיכול להגדיל את השטף המגנטי האפקטיבי במידה מסוימת ולהשאיר את ביצועי המנוע ללא שינוי.

3.הערות על מנועי מגנט קבוע

1. מבנה מעגל מגנטי וחישוב עיצוב

על מנת להעניק משחק מלא לתכונות המגנטיות של חומרים מגנטים קבועים שונים, במיוחד התכונות המגנטיות המצוינות של מגנטים קבועים של אדמה נדירה, ולייצר מנועים חסכוניים של מגנט קבוע, לא ניתן פשוט ליישם את שיטות חישוב המבנה והעיצוב של מנועי מגנט קבועים מסורתיים או מנועי עירור אלקטרומגנטיים. יש לבסס תפיסות עיצוב חדשות כדי לנתח מחדש ולשפר את מבנה המעגל המגנטי. עם ההתפתחות המהירה של טכנולוגיית חומרת המחשב והתוכנה, כמו גם השיפור המתמשך של שיטות עיצוב מודרניות כגון חישוב מספרי שדה אלקטרומגנטי, תכנון אופטימיזציה וטכנולוגיית סימולציה, ובאמצעות המאמצים המשותפים של קהילות האקדמיה וההנדסה המוטורית, נוצרו פריצות דרך. עשוי בתורת התכנון, שיטות חישוב, תהליכים מבניים וטכנולוגיות בקרה של מנועי מגנט קבוע, ויוצרים מערך שלם של שיטות ניתוח ומחקר ותוכנות ניתוח ותכנון בעזרת מחשב המשלבות חישוב מספרי של שדה אלקטרומגנטי ופתרון אנליטי של מעגל מגנטי שווה ערך, וכן נמצא בשיפור מתמיד.

2. בעיית דה-מגנטיזציה בלתי הפיכה

אם העיצוב או השימוש אינם מתאימים, מנוע המגנט הקבוע עלול לייצר דה-מגנטיזציה בלתי הפיכה, או דה-מגנטיזציה, כאשר הטמפרטורה גבוהה מדי (מגנט קבוע NdFeB) או נמוכה מדי (מגנט קבוע פריט), תחת תגובת האבזור הנגרמת על ידי זרם הפגיעה, או תחת רעידות מכניות קשות, שיפחיתו את ביצועי המנוע ואף יהפכו אותו לבלתי שמיש. לכן, יש צורך ללמוד ולפתח שיטות והתקנים המתאימים ליצרני מנועים לבדיקת היציבות התרמית של חומרי מגנט קבוע, ולנתח את יכולות האנטי-דה-מגנטיזציה של צורות מבניות שונות, כך שניתן יהיה לנקוט באמצעים מתאימים במהלך התכנון והייצור. כדי להבטיח שמנוע המגנט הקבוע לא יאבד מגנטיות.

3. בעיות עלות

מכיוון שמגנטים קבועים של אדמה נדירה עדיין יקרים יחסית, העלות של מנועי מגנט קבועים של אדמה נדירים היא בדרך כלל גבוהה מזו של מנועי עירור חשמליים, שיש לפצות על ידי ביצועים גבוהים וחיסכון בעלויות תפעול. במקרים מסוימים, כמו מנועי סליל קולי עבור כונני דיסקים של מחשבים, השימוש במגנטים קבועים NdFeB משפר את הביצועים, מפחית משמעותית את הנפח והמסה ומפחית את העלויות הכוללות. בעת התכנון, יש צורך לבצע השוואה בין ביצועים ומחיר על סמך אירועי שימוש ודרישות ספציפיות, ולחדש תהליכים מבניים ולייעל עיצובים כדי להפחית עלויות.

Anhui Mingteng Permanent Magnet Electromechanical Equipment Co., Ltd. (https://www.mingtengmotor.com/). קצב הדה-מגנטיזציה של פלדה מגנטית של מנוע מגנט קבוע הוא לא יותר מאלפית בשנה.

חומר המגנט הקבוע של רוטור מנוע המגנט הקבוע של החברה שלנו מאמץ מוצר אנרגיה מגנטית גבוהה ו-NdFeB בעל כפייה פנימית גבוהה, והדרגות הקונבנציונליות הן N38SH, N38UH, N40UH, N42UH וכו'. קח את N38SH, כיתה בשימוש נפוץ של החברה שלנו , כדוגמה: 38- מייצג את תוצר האנרגיה המגנטית המקסימלית של 38MGOe; SH מייצג את עמידות הטמפרטורה המקסימלית של 150℃. ל-UH התנגדות טמפרטורה מקסימלית של 180℃. החברה תכננה כלי עבודה מקצועיים ומנחים להרכבת פלדה מגנטית, וניתחה באופן איכותי את הקוטביות של הפלדה המגנטית המורכבת באמצעים סבירים, כך שערך השטף המגנטי היחסי של כל פלדה מגנטית חריץ קרוב, מה שמבטיח את הסימטריה של המגנטית. מעגל ואיכות הרכבת הפלדה המגנטית.

זכויות יוצרים: מאמר זה הוא הדפסה מחודשת של המספר הציבורי של WeChat "המנוע של היום", הקישור המקורי https://mp.weixin.qq.com/s/zZn3UsYZeDwicEDwIdsbPg

מאמר זה אינו מייצג את דעות החברה שלנו. אם יש לך דעות או דעות שונות, אנא תקן אותנו!