Matériaux pour aimants permanents
Les moteurs à aimant permanent utilisent des matériaux à aimant permanent pour générer le champ magnétique du moteur et ne nécessitent pas de bobines d'excitation ou de courant d'excitation. Par rapport aux moteurs à excitation électrique traditionnels, ils présentent des avantages significatifs tels qu'un rendement élevé et une structure simple.
Le champ d'application des moteurs à aimants permanents est extrêmement vaste, couvrant presque tous les domaines de l'aérospatiale, de la défense nationale, de la production industrielle et agricole, et de la vie quotidienne. Avec le développement de matériaux à aimants permanents de haute performance et le développement rapide de la technologie de contrôle, l'application des moteurs à aimants permanents deviendra plus étendue. Aujourd'hui, je vais vous aider à comprendre l'impact des moteurs à aimants permanents et les propriétés des matériaux à aimants permanents sur les moteurs.
Principe et structure du moteur à aimant permanent
Tout le monde sait qu'il existe de nombreux types de moteurs, mais les principes de base consistent à utiliser les phénomènes d'induction électromagnétique et électromagnétique pour réaliser la conversion mutuelle de l'énergie électrique et de l'énergie cinétique Matériaux à aimant permanent. Si vous souhaitez en savoir plus sur les principes de base et la structure des moteurs, vous pouvez cliquer pour voir les principes de base et la structure des moteurs. Aujourd'hui, nous prenons comme exemples les moteurs à courant continu à aimant permanent et les moteurs synchrones à aimant permanent pour vous donner une brève introduction aux moteurs à aimant permanent.
1. Moteur à courant continu à aimant permanent
Le principe de fonctionnement et la structure du moteur à courant continu à matériaux à aimants permanents sont similaires à ceux des moteurs à courant continu ordinaires, sauf que les pôles à matériaux à aimants permanents sont utilisés à la place des pôles magnétiques excités par le courant. Ils peuvent être divisés en moteurs à balais et en moteurs sans balais en fonction des différentes méthodes de commutation. Le premier est à commutation mécanique et le second est à commutation électronique.
Si l'on prend l'exemple d'un moteur à balais à courant continu, les pôles des matériaux à aimant permanent sont disposés sur le même cercle, et les lignes magnétiques bleues représentent le circuit magnétique du moteur.
Le rotor d'un moteur à courant continu brossé Permanent Magnet Materials est composé d'un noyau de rotor, d'un enroulement de rotor, d'un collecteur et d'un arbre rotatif, ce qui est identique au rotor d'un moteur à courant continu ordinaire. Insérer l'ensemble rotor et balais dans le stator pour former un moteur à courant continu Permanent Magnet Materials.
Les moteurs à courant continu à aimant permanent de petite et moyenne puissance sont largement utilisés dans les vélos électriques, les motos électriques et les scooters.
2. Moteur synchrone à aimant permanent
Ces dernières années, les moteurs synchrones à aimant permanent ont connu un développement rapide. Ils se caractérisent par un facteur de puissance et un rendement élevés. Ils ont progressivement remplacé les moteurs asynchrones à courant alternatif couramment utilisés dans de nombreux cas. Parmi eux, le moteur synchrone à aimant permanent à démarrage asynchrone a des performances supérieures et est un moteur très populaire. L'avenir des moteurs à économie d'énergie.
La structure du stator et le principe de fonctionnement du moteur synchrone à aimant permanent sont les mêmes que ceux du moteur asynchrone à courant alternatif. La différence avec le moteur asynchrone ordinaire réside dans la structure du rotor Matériaux à aimant permanent. Le rotor est équipé de pôles à aimants permanents. Les aimants permanents sont disposés à différents endroits du rotor.
Le développement des matériaux à aimant permanent Les moteurs sont étroitement liés au développement des matériaux à aimant permanent.
Le premier moteur au monde apparu dans les années 1820 était un moteur à aimant permanent qui générait un champ magnétique d'excitation à partir de matériaux à aimant permanent. Toutefois, le matériau d'aimant permanent utilisé à l'époque était de la magnétite naturelle (Fe3O4), qui avait une très faible densité d'énergie magnétique. Les moteurs fabriqués avec ce matériau étaient encombrants et ont rapidement été remplacés par des moteurs à excitation électrique.
Avec le développement rapide de divers moteurs et l'invention des magnétiseurs actuels, des recherches approfondies ont été menées sur le mécanisme, la composition et la technologie de fabrication des matériaux à aimant permanent, et ont permis de découvrir successivement divers matériaux à aimant permanent tels que l'acier au carbone, l'acier au tungstène et l'acier au cobalt.
En particulier, les aimants permanents en AlNiCo apparus dans les années 1930 et les aimants permanents en ferrite apparus dans les années 1950 ont considérablement amélioré leurs propriétés magnétiques, et divers petits et micro-moteurs utilisent des aimants permanents pour l'excitation.
Toutefois, la coercivité des aimants permanents en AlNiCo est faible et la densité de l'aimant rémanent des aimants permanents en ferrite n'est pas élevée, ce qui limite leur champ d'application dans les moteurs. Jusque dans les années 1960 et 1980, les aimants permanents au samarium-cobalt et les aimants permanents au néodyme-fer-bore sont apparus les uns après les autres.
Leur densité de rémanence élevée, leur force coercitive élevée, leur produit d'énergie magnétique élevé et leurs excellentes propriétés magnétiques de courbe de désaimantation linéaire sont particulièrement adaptés à la fabrication de moteurs, ce qui fait entrer le développement des moteurs à aimants permanents dans une nouvelle période historique.
La relation entre la performance de l'acier magnétique et la performance du moteur
1. L'influence du magnétisme résiduel
Pour les moteurs à courant continu, dans les mêmes paramètres de bobinage et conditions d'essai, plus le magnétisme résiduel est élevé, plus la vitesse à vide et le courant à vide sont faibles ; plus le couple maximal est important, plus le rendement est élevé au point de rendement le plus élevé. Dans les essais réels, le niveau de la vitesse à vide et l'importance du couple maximal sont généralement utilisés pour juger de la norme de magnétisme résiduel des matériaux à aimant permanent.
Pour les mêmes paramètres de bobinage et les mêmes paramètres électriques, la raison pour laquelle le magnétisme résiduel est plus élevé, la vitesse à vide plus faible et le courant à vide plus faible est que le moteur en marche génère une induction inverse suffisante à une vitesse relativement faible. Génère une tension, entraînant une diminution de la somme algébrique de la force électromotrice appliquée à l'enroulement.
2. L'influence de la force coercitive
Pendant le fonctionnement du moteur, il y a toujours des effets de température et de champ de démagnétisation inverse. Du point de vue de la conception du moteur, plus la coercivité est élevée, plus la direction de l'épaisseur de l'aimant est faible. Plus la coercivité est faible, plus l'épaisseur des matériaux de l'aimant permanent est importante.
Cependant, lorsque la force coercitive de l'acier magnétique dépasse un certain niveau, elle n'est plus utile, car les autres composants du moteur ne peuvent pas fonctionner de manière stable à cette température. La force coercitive doit seulement répondre aux exigences, et répondre aux exigences dans les conditions expérimentales recommandées est la norme. Il n'est pas nécessaire de gaspiller des ressources.
3. L'influence de l'équerrage
L'équerrage n'affecte que la planéité de la courbe de rendement du test de performance du moteur. Bien que l'aplatissement de la courbe de rendement du moteur n'ait pas encore été répertorié comme un indicateur important de la norme Matériaux à aimants permanents, il est très important pour la distance de poursuite du moteur à moyeu de roue dans des conditions routières naturelles. important. En raison des différentes conditions routières, le moteur ne peut pas toujours fonctionner au point d'efficacité maximale.
C'est l'une des raisons pour lesquelles le rendement maximal de certains moteurs n'est pas élevé, alors que la distance de conduite est longue. Un bon moteur de moyeu doit non seulement avoir un rendement maximal élevé, mais aussi une courbe de rendement aussi horizontale que possible. Plus la pente de réduction du rendement est faible, mieux c'est. Au fur et à mesure que le marché, la technologie et les normes relatives aux moteurs à roue évoluent, cette norme deviendra de plus en plus importante.
4. Impact de la cohérence des performances
Manque de cohérence du magnétisme résiduel : Même ceux qui ont des performances particulièrement élevées ne sont pas bons. En raison de l'incohérence du flux magnétique dans chaque section de champ magnétique unidirectionnel, le couple est asymétrique et des vibrations se produisent.
Force coercitive incohérente : Si la force coercitive des produits individuels est trop faible, une démagnétisation inverse est susceptible de se produire, ce qui entraîne une incohérence du flux magnétique de chaque aimant et une vibration du moteur. Cet effet est plus important pour les moteurs sans balais.
Effet de la forme et de la tolérance de l'aimant sur les performances du moteur
1. L'influence de l'épaisseur de l'acier magnétique
Lorsque l'anneau du circuit magnétique interne ou externe est fixe, lorsque l'épaisseur augmente, l'entrefer diminue et le flux magnétique effectif augmente. La manifestation évidente est que, sous le même magnétisme résiduel, la vitesse à vide diminue, le courant à vide diminue et le rendement maximal du moteur est réduit Matériaux à aimants permanents. amélioré. Cependant, il existe également des inconvénients, tels que l'augmentation des vibrations de commutation du moteur et l'accentuation relative de la courbe de rendement du moteur. Par conséquent, l'épaisseur des aimants du moteur doit être aussi constante que possible pour réduire les vibrations.
2. Influence de la largeur de l'aimant
Pour les aimants de moteurs sans balais qui sont densément emballés, l'écart total cumulé ne peut pas dépasser 0,5 mm. S'il est trop petit, il ne sera pas installé. S'il est trop grand, il provoquera des vibrations et réduira l'efficacité du moteur. En effet, la position de l'élément Hall, qui mesure la position de l'aimant, et la position réelle de l'acier ne correspondent pas aux matériaux magnétiques permanents, et la cohérence de la largeur doit être assurée, sinon l'efficacité du moteur sera faible et les vibrations seront importantes.
Pour les moteurs à balais, il existe un certain espace entre les matériaux de l'aimant permanent, qui est réservé à la zone de transition de la commutation mécanique. Malgré cet espace, la plupart des fabricants ont mis en place des procédures strictes d'installation des aimants afin de garantir la précision de l'installation. Si la largeur de l'aimant est dépassée, il ne sera pas installé ; si la largeur de l'aimant est trop petite, le positionnement de l'aimant sera désaligné, la vibration du moteur augmentera et l'efficacité diminuera.
3. L'influence de la taille du chanfrein de l'acier magnétique et de l'absence de chanfrein
S'il n'y a pas de chanfrein, le taux de variation du champ magnétique au bord du champ magnétique du moteur sera important, ce qui entraînera des vibrations du moteur. Plus le chanfreinage est important, plus la vibration est faible. Toutefois, le chanfreinage entraîne généralement une certaine perte de flux magnétique.
Pour certaines spécifications, lorsque le chanfrein est de 0,8, la perte de flux magnétique est de 0,5~1,5%. Lorsque le magnétisme résiduel des moteurs à balais est faible, une réduction appropriée de la taille du chanfrein permet de compenser le magnétisme résiduel, mais la pulsation du moteur augmente. En général, lorsque le magnétisme résiduel est faible, la tolérance dans le sens de la longueur peut être augmentée de manière appropriée, ce qui peut augmenter le flux magnétique effectif dans une certaine mesure et maintenir les performances du moteur inchangées.
Les aimants permanents utilisés dans diverses applications, y compris les climatiseurs, sont généralement fabriqués à partir de matériaux aux propriétés magnétiques élevées. Voici quelques matériaux couramment utilisés pour les aimants permanents :
Néodyme-Fer-Bore (NdFeB) : Les aimants en néodyme sont les aimants permanents les plus puissants disponibles dans le commerce. Ils offrent une force magnétique élevée par rapport à leur taille et à leur poids, ce qui les rend adaptés aux applications où l'espace et le poids sont des contraintes. Les aimants NdFeB sont couramment utilisés dans les moteurs, les générateurs, les écouteurs, les séparateurs magnétiques et divers produits électroniques industriels et grand public.
Samarium Cobalt (SmCo) : Les aimants en samarium cobalt sont connus pour leur excellente stabilité à la température et leur résistance à la démagnétisation, ce qui les rend adaptés aux applications à haute température. Bien qu'ils ne soient pas aussi puissants que les aimants au néodyme, les aimants SmCo offrent des performances supérieures à des températures élevées. Ils sont utilisés dans les applications aérospatiales, automobiles et médicales, ainsi que dans les moteurs, les capteurs et les accouplements magnétiques.
Alnico (aluminium-nickel-cobalt) : Les aimants Alnico sont composés d'aluminium, de nickel, de cobalt et de fer. Ils ont de bonnes propriétés magnétiques et une coercivité élevée, ce qui les rend résistants à la démagnétisation. Les aimants Alnico sont souvent utilisés dans les capteurs, les micros de guitare, les haut-parleurs et diverses applications industrielles.
Ferrite (céramique) : Les aimants en ferrite, également connus sous le nom d'aimants en céramique, sont fabriqués à partir d'un mélange d'oxyde de fer et de carbonate de baryum ou de strontium. Ils sont relativement peu coûteux et présentent une bonne résistance à la corrosion et à la démagnétisation. Les aimants en ferrite sont largement utilisés dans les haut-parleurs, les aimants de réfrigérateur, les moteurs et les séparateurs magnétiques.
Aimants liés : Les aimants liés sont fabriqués en mélangeant des poudres magnétiques, telles que le NdFeB ou la ferrite, avec un liant polymère. Ils peuvent être moulés dans différentes formes et tailles, ce qui offre une grande souplesse dans la conception et la fabrication des aimants permanents. Les aimants collés sont utilisés dans les moteurs, les capteurs, les assemblages magnétiques et l'électronique grand public.
Chaque type de matériau magnétique permanent possède ses propres propriétés et caractéristiques, ce qui le rend adapté à des applications spécifiques. Le choix du matériau magnétique dépend de facteurs tels que la force magnétique, la stabilité de la température, la résistance à la corrosion, le coût et les exigences de fabrication.
