Materiales para imanes permanentes
Los motores de imanes permanentes utilizan materiales de imanes permanentes para generar el campo magnético del motor y no necesitan bobinas de excitación ni corriente de excitación. En comparación con los motores de excitación eléctrica tradicionales, presentan ventajas significativas como su alta eficiencia y su estructura sencilla.
El campo de aplicación de los motores de imanes permanentes es extremadamente amplio y abarca casi todos los ámbitos de la industria aeroespacial, la defensa nacional, la producción industrial y agrícola y la vida cotidiana. Con el desarrollo de materiales de imanes permanentes de alto rendimiento y el rápido desarrollo de la tecnología de control, la aplicación de los motores de imanes permanentes será cada vez más amplia. Hoy, te llevaré a entender el impacto de los motores de imanes permanentes y las propiedades de los materiales de imanes permanentes en los motores.
Principio y estructura del motor de imanes permanentes
Todo el mundo sabe que hay muchos tipos de motores, pero los principios básicos son utilizar fenómenos electromagnéticos y de inducción electromagnética para realizar la conversión mutua de energía eléctrica y energía cinética Materiales de imán permanente. Si desea saber más acerca de los principios básicos y la estructura de los motores, puede hacer clic para ver los principios básicos y los fundamentos de los motores. estructura. Hoy tomamos como ejemplo los motores de corriente continua de imanes permanentes y los motores síncronos de imanes permanentes para ofrecerle una breve introducción a los motores de Materiales de Imanes Permanentes.
1. Motor de corriente continua de imanes permanentes
El principio de funcionamiento y la estructura del motor de corriente continua de materiales de imanes permanentes son similares a los de los motores de corriente continua ordinarios, salvo que se utilizan polos de materiales de imanes permanentes en lugar de polos magnéticos excitados por corriente. Pueden dividirse en motores con escobillas y motores sin escobillas en función de los diferentes métodos de conmutación. Los primeros son de conmutación mecánica y los segundos son de conmutación electrónica.
Tomando como ejemplo un motor de corriente continua de escobillas, los polos de los materiales de imán permanente están dispuestos en el mismo círculo, y las líneas magnéticas azules representan el circuito magnético del motor.
El rotor de un motor de corriente continua con escobillas de Permanent Magnet Materials se compone de un núcleo de rotor, un bobinado de rotor, un conmutador y un eje giratorio, que es el mismo que el rotor de un motor de corriente continua ordinario. Inserte el rotor y la escobilla en el estator para formar un motor de CC de imanes permanentes.
Los motores de corriente continua de imanes permanentes de pequeña y mediana potencia se utilizan mucho en bicicletas eléctricas, motocicletas eléctricas y scooters.
2. Motor síncrono de imanes permanentes
En los últimos años, los motores síncronos de imanes permanentes se han desarrollado rápidamente. Se caracterizan por un alto factor de potencia y un elevado rendimiento. En muchas ocasiones han sustituido gradualmente a los motores asíncronos de CA utilizados habitualmente. Entre ellos, el motor síncrono de imanes permanentes de arranque asíncrono tiene un rendimiento superior y es un motor muy popular. El futuro de los motores de bajo consumo.
La estructura del estator y el principio de funcionamiento del motor síncrono de imanes permanentes son los mismos que los del motor asíncrono de CA. La diferencia con el motor asíncrono ordinario radica en la estructura del rotor Materiales de imán permanente. El rotor está equipado con polos de imanes permanentes. Los imanes permanentes están dispuestos en varias posiciones en el rotor.
El desarrollo de motores de imanes permanentes está estrechamente relacionado con el desarrollo de materiales de imanes permanentes
El primer motor del mundo que apareció en la década de 1820 era un motor de imanes permanentes que generaba un campo magnético de excitación a partir de materiales de imanes permanentes. Sin embargo, el material de imán permanente utilizado en aquella época era magnetita natural (Fe3O4), que tenía una densidad de energía magnética muy baja. Los motores fabricados con él eran voluminosos y pronto fueron sustituidos por motores de excitación eléctrica.
Con el rápido desarrollo de diversos motores y la invención de los magnetizadores actuales, la gente ha investigado en profundidad el mecanismo, la composición y la tecnología de fabricación de los materiales de imanes permanentes, y ha descubierto sucesivamente diversos materiales de imanes permanentes, como el acero al carbono, el acero al tungsteno y el acero al cobalto.
En particular, los imanes permanentes de AlNiCo que aparecieron en los años 30 y los imanes permanentes de ferrita que aparecieron en los 50 han mejorado mucho sus propiedades magnéticas, y varios micromotores y pequeños motores utilizan imanes permanentes para excitarse.
Sin embargo, la coercitividad de los imanes permanentes de AlNiCo es baja y la densidad magnética remanente de los imanes permanentes de ferrita no es alta, lo que limita su campo de aplicación en motores. Hasta los años sesenta y ochenta, los imanes permanentes de samario cobalto y los materiales magnéticos permanentes de neodimio hierro boro fueron apareciendo uno tras otro.
Su alta densidad de remanencia, alta fuerza coercitiva, alto producto de energía magnética y excelentes propiedades magnéticas de curva de desmagnetización lineal son particularmente adecuadas para la fabricación de motores, llevando así el desarrollo de los motores de imanes permanentes a un nuevo período histórico.
La relación entre el rendimiento del acero magnético y el rendimiento del motor
1. La influencia del magnetismo residual
En el caso de los motores de corriente continua, con los mismos parámetros de bobinado y condiciones de ensayo, cuanto mayor sea el magnetismo residual, menor será la velocidad en vacío y menor la corriente en vacío; cuanto mayor sea el par máximo, mayor será el rendimiento en el punto de mayor rendimiento. En las pruebas reales, el nivel de velocidad en vacío y el tamaño del par máximo se utilizan generalmente para juzgar el estándar de magnetismo residual de los Materiales de Imanes Permanentes.
Para los mismos parámetros de bobinado y eléctricos, la razón por la que cuanto mayor es el magnetismo residual, menor es la velocidad en vacío y menor la corriente en vacío es que el motor en marcha genera suficiente inducción inversa a una velocidad relativamente baja. Genera una tensión, haciendo que disminuya la suma algebraica de la fuerza electromotriz aplicada al bobinado.
2. La influencia de la fuerza coercitiva
Durante el funcionamiento del motor, siempre hay efectos de temperatura y campo de desmagnetización inversa. Desde el punto de vista del diseño del motor, cuanto mayor sea la coercitividad, menor será la dirección del espesor del imán. Cuanto menor sea la coercitividad, mayor será la dirección del espesor de los materiales del imán permanente.
Sin embargo, cuando la fuerza coercitiva del acero magnético supera un determinado nivel, no sirve de nada, ya que otros componentes del motor no pueden funcionar de forma estable a esa temperatura. La fuerza coercitiva sólo tiene que cumplir los requisitos, y cumplir los requisitos en las condiciones experimentales recomendadas es la norma. No hay necesidad de malgastar recursos.
3. La influencia de la cuadratura
La cuadratura sólo afecta a la planitud de la curva de eficiencia de la prueba de rendimiento del motor. Aunque la planitud de la curva de eficiencia del motor aún no se ha enumerado como un indicador importante materiales de imanes permanentes estándar, esto es muy importante para la distancia de continuación del motor de cubo de rueda en condiciones de carretera natural. importante. Debido a las diferentes condiciones de la carretera, el motor no siempre puede trabajar en el punto de máxima eficiencia.
Esta es una de las razones por las que la eficiencia máxima de algunos motores no es alta pero la distancia de conducción es larga. Un buen motor de buje no sólo debe tener un alto rendimiento máximo, sino que además la curva de rendimiento debe ser lo más horizontal posible Materiales de imanes permanentes. Cuanto menor sea la pendiente de reducción de la eficiencia, mejor. A medida que maduren el mercado, la tecnología y las normas de los motores en rueda, esto se convertirá gradualmente en una norma importante.
4. Impacto de la coherencia del rendimiento
Incongruencia del magnetismo residual: Incluso algunos con un rendimiento especialmente alto no son buenos. Debido a la inconsistencia del flujo magnético en cada sección de campo magnético unidireccional, el par es asimétrico y se producen vibraciones.
Fuerza coercitiva inconsistente: Especialmente si la fuerza coercitiva de los productos individuales es demasiado baja, es probable que se produzca una desmagnetización inversa, provocando que el flujo magnético de cada imán sea inconsistente y haciendo que el motor vibre. Este efecto es más significativo en los motores sin escobillas.
Efecto de la forma y la tolerancia del imán en el rendimiento del motor
1. La influencia del espesor del acero magnético
Cuando el anillo del circuito magnético interior o exterior es fijo, al aumentar el espesor, disminuye el entrehierro y aumenta el flujo magnético efectivo. La manifestación obvia es que bajo el mismo magnetismo residual, la velocidad en vacío disminuye, la corriente en vacío disminuye y la eficiencia máxima del motor se reduce Materiales de imanes permanentes. mejora. Sin embargo, también hay desventajas, como el aumento de la vibración de conmutación del motor y la relativa inclinación de la curva de eficiencia del motor. Por lo tanto, el grosor de los imanes del motor debe ser lo más consistente posible para reducir la vibración.
2. Influencia de la anchura del imán
Para los imanes del motor sin escobillas que están densamente empaquetados, la separación total acumulada no puede superar los 0,5 mm. Si es demasiado pequeño, no se instalará. Si es demasiado grande, causará vibraciones y reducirá la eficiencia del motor. Esto se debe a que la posición del elemento Hall que mide la posición del imán y la magnética La posición real del acero no se corresponde Materiales magnéticos permanentes, y la consistencia de la anchura debe ser asegurada, de lo contrario la eficiencia del motor será baja y la vibración será grande.
En los motores de escobillas, hay un cierto espacio entre los materiales de los imanes permanentes, que se reserva para la zona de transición de conmutación mecánica. Aunque hay un hueco, para garantizar la posición exacta de instalación de los imanes del motor, la mayoría de los fabricantes tienen estrictos procedimientos de instalación de imanes para garantizar la precisión de la instalación. Si se excede la anchura del imán, no se instalará; si la anchura del imán es demasiado pequeña, el posicionamiento del imán se desalineará, aumentará la vibración del motor y disminuirá la eficiencia.
3. La influencia del tamaño del biselado del acero magnético y del no biselado
Si no hay biselado, la tasa de cambio del campo magnético en el borde del campo magnético del motor será grande, lo que provocará la vibración pulsante del motor. Cuanto mayor sea el biselado, menor será la vibración. Sin embargo, el biselado suele provocar una cierta pérdida de flujo magnético.
Para algunas especificaciones, cuando se bisela a 0,8, la pérdida de flujo magnético es de 0,5~1,5%. Cuando el magnetismo residual de los motores con escobillas es bajo, la reducción adecuada del tamaño del chaflán ayudará a compensar el magnetismo residual, pero aumentará la pulsación del motor. En general, cuando el magnetismo residual es bajo, la tolerancia en la dirección de la longitud puede ampliarse adecuadamente, lo que puede aumentar el flujo magnético efectivo en cierta medida y mantener el rendimiento del motor básicamente sin cambios.
Los imanes permanentes utilizados en diversas aplicaciones, incluidos los acondicionadores de aire, suelen estar hechos de materiales con altas propiedades magnéticas. Estos son algunos de los materiales más comunes utilizados para imanes permanentes:
Neodimio Hierro Boro (NdFeB): Los imanes de neodimio son los imanes permanentes más potentes disponibles en el mercado. Ofrecen una gran fuerza magnética en relación con su tamaño y peso, lo que los hace adecuados para aplicaciones en las que el espacio y el peso son limitaciones. Los imanes de NdFeB se utilizan habitualmente en motores, generadores, auriculares, separadores magnéticos y diversos aparatos electrónicos industriales y de consumo.
Cobalto de samario (SmCo): Los imanes de samario cobalto son conocidos por su excelente estabilidad a la temperatura y su resistencia a la desmagnetización, lo que los hace adecuados para aplicaciones de alta temperatura. Aunque no son tan fuertes como los imanes de neodimio, los imanes SmCo ofrecen un rendimiento superior a temperaturas elevadas. Se utilizan en aplicaciones aeroespaciales, de automoción y médicas, así como en motores, sensores y acoplamientos magnéticos.
Alnico (Aluminio-Níquel-Cobalto): Los imanes de álnico están compuestos de aluminio, níquel, cobalto y hierro. Tienen buenas propiedades magnéticas y una alta coercitividad, lo que los hace resistentes a la desmagnetización. Los imanes de álnico se utilizan a menudo en sensores, pastillas de guitarra, altavoces y diversas aplicaciones industriales.
Ferrita (cerámica): Los imanes de ferrita, también conocidos como imanes cerámicos, están hechos de una mezcla de óxido de hierro y carbonato de bario o estroncio. Son relativamente baratos y tienen buena resistencia a la corrosión y la desmagnetización. Los imanes de ferrita se utilizan mucho en altavoces, imanes de nevera, motores y separadores magnéticos.
Imanes de enlace: Los imanes de enlace se fabrican mezclando polvos magnéticos, como NdFeB o ferrita, con un aglutinante polimérico. Pueden moldearse en diversas formas y tamaños, lo que ofrece flexibilidad en el diseño y la fabricación de materiales magnéticos permanentes. Los imanes de enlace se utilizan en motores, sensores, conjuntos magnéticos y electrónica de consumo.
Cada tipo de material magnético permanente tiene sus propias propiedades y características, que lo hacen adecuado para aplicaciones específicas. La elección del material magnético depende de factores como la fuerza magnética, la estabilidad térmica, la resistencia a la corrosión, el coste y los requisitos de fabricación.
