Magnete permanente e motore a magneti

Materiali per magneti permanenti

I motori a magnete permanente utilizzano materiali a magnete permanente per generare il campo magnetico del motore e non richiedono bobine di eccitazione o corrente di eccitazione. Rispetto ai tradizionali motori a eccitazione elettrica, presentano notevoli vantaggi, come l'elevata efficienza e la semplicità della struttura.

Il campo di applicazione dei motori a magneti permanenti è estremamente ampio e copre quasi tutti i settori dell'aerospaziale, della difesa nazionale, della produzione industriale e agricola e della vita quotidiana. Con lo sviluppo di materiali a magneti permanenti ad alte prestazioni e il rapido sviluppo della tecnologia di controllo, l'applicazione dei motori a magneti permanenti diventerà sempre più ampia. Oggi vi illustrerò l'impatto dei motori a magneti permanenti e le proprietà dei materiali a magneti permanenti sui motori.

Principio e struttura del motore a materiali a magneti permanenti
Tutti sanno che esistono molti tipi di motori, ma i principi di base sono quelli di utilizzare i fenomeni di induzione elettromagnetica ed elettromagnetica per realizzare la conversione reciproca di energia elettrica ed energia cinetica Materiali a magneti permanenti. Se volete saperne di più sui principi di base e sulla struttura dei motori, potete fare clic per visualizzare i principi di base e le basi della struttura dei motori. Oggi prendiamo come esempio i motori a corrente continua a magneti permanenti e i motori sincroni a magneti permanenti per fornire una breve introduzione ai motori a magneti permanenti.

1. Motore CC a magnete permanente
Il principio di funzionamento e la struttura del motore a corrente continua a magneti permanenti sono simili a quelli dei normali motori a corrente continua, con la differenza che i poli dei materiali a magneti permanenti sono utilizzati al posto dei poli magnetici eccitati dalla corrente. Possono essere suddivisi in motori a spazzole e motori senza spazzole in base ai diversi metodi di commutazione. I primi sono a commutazione meccanica, mentre i secondi sono a commutazione elettronica.
Prendendo come esempio un motore a spazzole CC, i poli dei materiali a magnete permanente sono disposti sullo stesso cerchio e le linee magnetiche blu rappresentano il circuito magnetico del motore.

Il rotore di un motore CC a spazzole Permanent Magnet Materials è composto da un nucleo del rotore, un avvolgimento del rotore, un commutatore e un albero rotante, identico al rotore di un normale motore CC. Inserire il gruppo rotore e spazzole nello statore per formare un motore CC a magneti permanenti Materials.

I motori CC a magnete permanente di piccola e media potenza sono ampiamente utilizzati nelle biciclette elettriche, nelle motociclette elettriche e negli scooter.

2. Motore sincrono a magneti permanenti

Negli ultimi anni, i motori sincroni a magneti permanenti si sono sviluppati rapidamente. Sono caratterizzati da un elevato fattore di potenza e da un'alta efficienza. Hanno gradualmente sostituito i motori asincroni CA comunemente utilizzati in molte occasioni. Tra questi, il motore sincrono a magneti permanenti ad avviamento asincrono ha prestazioni superiori ed è un motore molto popolare. Il futuro dei motori a risparmio energetico.

La struttura dello statore e il principio di funzionamento del motore sincrono a magneti permanenti sono identici a quelli del motore asincrono CA. La differenza rispetto al normale motore asincrono sta nella struttura del rotore Materiali a magneti permanenti. Il rotore è dotato di poli a magneti permanenti. I magneti permanenti sono disposti in varie posizioni nel rotore.

Lo sviluppo dei motori a magneti permanenti è strettamente legato allo sviluppo dei materiali a magneti permanenti.
Il primo motore al mondo, apparso negli anni Venti del XIX secolo, era un motore a magneti permanenti che generava un campo magnetico di eccitazione da materiali a magneti permanenti. Tuttavia, il materiale a magneti permanenti utilizzato all'epoca era la magnetite naturale (Fe3O4), che aveva una densità di energia magnetica molto bassa. I motori realizzati con questo materiale erano ingombranti e furono presto sostituiti da motori a eccitazione elettrica.

Con il rapido sviluppo di vari motori e l'invenzione di magnetizzatori a corrente, sono state condotte ricerche approfondite sul meccanismo, sulla composizione e sulla tecnologia di produzione dei materiali a magneti permanenti e sono stati scoperti vari materiali a magneti permanenti come l'acciaio al carbonio, l'acciaio al tungsteno e l'acciaio al cobalto.

In particolare, i magneti permanenti in AlNiCo, apparsi negli anni '30, e i magneti permanenti in ferrite, apparsi negli anni '50, hanno migliorato notevolmente le loro proprietà magnetiche e diversi micro e piccoli motori utilizzano i magneti permanenti per l'eccitazione.

Tuttavia, la coercitività dei magneti permanenti in AlNiCo è bassa e la densità del magnete immanente dei magneti permanenti in ferrite non è elevata, il che limita il loro campo di applicazione nei motori. Fino agli anni '60 e '80, i magneti permanenti al samario cobalto e i materiali per magneti permanenti al neodimio ferro boro si sono susseguiti.

L'alta densità di rimansenza, l'elevata forza coercitiva, l'elevata energia magnetica prodotta e le eccellenti proprietà magnetiche della curva di smagnetizzazione lineare sono particolarmente adatte alla produzione di motori, portando così lo sviluppo dei motori a magneti permanenti in un nuovo periodo storico.

La relazione tra prestazioni dell'acciaio magnetico e prestazioni del motore

1. L'influenza del magnetismo residuo
Per i motori a corrente continua, a parità di parametri di avvolgimento e di condizioni di prova, maggiore è il magnetismo residuo, minore è la velocità a vuoto e minore è la corrente a vuoto; maggiore è la coppia massima, maggiore è il rendimento al punto di massima efficienza. Nei test effettivi, il livello di velocità a vuoto e la dimensione della coppia massima sono generalmente utilizzati per giudicare lo standard di magnetismo residuo dei materiali a magnete permanente.

A parità di parametri dell'avvolgimento e di parametri elettrici, il motivo per cui più alto è il magnetismo residuo, minore è la velocità a vuoto e minore è la corrente a vuoto è che il motore in funzione genera una sufficiente induzione inversa a una velocità relativamente bassa. Genera una tensione, facendo diminuire la somma algebrica della forza elettromotrice applicata all'avvolgimento.

2. L'influenza della forza coercitiva
Durante il funzionamento del motore, sono sempre presenti gli effetti della temperatura e del campo di smagnetizzazione inversa. Dal punto di vista della progettazione del motore, maggiore è la coercitività, minore è la direzione dello spessore del magnete. Minore è la coercitività, maggiore è la direzione dello spessore dei materiali del magnete permanente.

Tuttavia, quando la forza coercitiva dell'acciaio magnetico supera un certo livello, non è più utile, perché gli altri componenti del motore non possono funzionare in modo stabile a quella temperatura. La forza coercitiva deve solo soddisfare i requisiti, e il rispetto dei requisiti nelle condizioni sperimentali raccomandate è lo standard. Non c'è bisogno di sprecare risorse.

3. L'influenza della quadratura
L'ortogonalità influisce solo sulla planarità della curva di efficienza del motore. Sebbene la planarità della curva di efficienza del motore non sia ancora stata inserita tra gli indicatori standard dei materiali a magneti permanenti, è molto importante per la distanza di continuazione del motore a mozzo della ruota in condizioni stradali naturali. importante. A causa delle diverse condizioni stradali, il motore non può sempre lavorare al punto di massima efficienza.

Questo è uno dei motivi per cui l'efficienza massima di alcuni motori non è elevata, ma la distanza di guida è lunga. Un buon motore al mozzo non deve solo avere un'elevata efficienza massima, ma anche una curva di efficienza il più possibile orizzontale. Quanto più piccola è la pendenza di riduzione dell'efficienza, tanto meglio è. Con la maturazione del mercato, della tecnologia e degli standard per i motori a ruota, questo diventerà gradualmente uno standard importante.

4. Impatto della coerenza delle prestazioni
Incoerenza del magnetismo residuo: Anche quelli con prestazioni particolarmente elevate non sono buoni. A causa dell'incoerenza del flusso magnetico in ogni sezione di campo magnetico unidirezionale, la coppia è asimmetrica e si verificano vibrazioni.
Forza coercitiva incoerente: Soprattutto se la forza coercitiva dei singoli prodotti è troppo bassa, è probabile che si verifichi una smagnetizzazione inversa, con conseguente incoerenza del flusso magnetico di ciascun magnete e vibrazioni del motore. Questo effetto è più significativo per i motori brushless.
Effetto della forma e della tolleranza del magnete sulle prestazioni del motore

1. L'influenza dello spessore dell'acciaio magnetico
Quando l'anello del circuito magnetico interno o esterno è fisso, quando lo spessore aumenta, il traferro diminuisce e il flusso magnetico effettivo aumenta. La manifestazione evidente è che, a parità di magnetismo residuo, la velocità a vuoto diminuisce, la corrente a vuoto diminuisce e l'efficienza massima del motore si riduce Materiali per magneti permanenti. migliorare. Tuttavia, ci sono anche degli svantaggi, come l'aumento delle vibrazioni di commutazione del motore e il relativo inasprimento della curva di efficienza del motore. Pertanto, lo spessore dei magneti del motore deve essere il più costante possibile per ridurre le vibrazioni.

2. Influenza della larghezza del magnete
Per i magneti dei motori brushless densamente imballati, lo spazio totale cumulativo non può superare 0,5 mm. Se è troppo piccolo, non verrà installato. Se è troppo grande, causerà vibrazioni e una riduzione dell'efficienza del motore. Ciò è dovuto al fatto che la posizione dell'elemento di Hall che misura la posizione del magnete e del magnete La posizione effettiva dell'acciaio non corrisponde Materiali per magneti permanenti e la coerenza della larghezza deve essere garantita, altrimenti l'efficienza del motore sarà bassa e la vibrazione sarà grande.

Nei motori a spazzole, esiste un certo spazio tra i materiali del magnete permanente, riservato all'area di transizione della commutazione meccanica. Sebbene esista uno spazio, per garantire l'accurata posizione di installazione dei magneti del motore, la maggior parte dei produttori prevede rigorose procedure di installazione dei magneti per assicurare l'accuratezza dell'installazione. Se la larghezza del magnete viene superata, non verrà installato; se la larghezza del magnete è troppo piccola, il posizionamento del magnete sarà disallineato, le vibrazioni del motore aumenteranno e l'efficienza diminuirà.

3. L'influenza della dimensione di smussatura dell'acciaio magnetico e della non smussatura

Se non c'è smussatura, il tasso di variazione del campo magnetico sul bordo del campo magnetico del motore sarà elevato, causando la vibrazione a impulsi del motore. Maggiore è lo smusso, minore è la vibrazione. Tuttavia, la smussatura causa generalmente una certa perdita di flusso magnetico.

Per alcune specifiche, con uno smusso di 0,8, la perdita di flusso magnetico è di 0,5~1,5%. Quando il magnetismo residuo dei motori a spazzole è basso, una riduzione appropriata della dimensione dello smusso aiuterà a compensare il magnetismo residuo, ma le pulsazioni del motore aumenteranno. In generale, quando il magnetismo residuo è basso Materiali per magneti permanenti, la tolleranza nella direzione della lunghezza può essere opportunamente ampliata, in modo da aumentare in una certa misura il flusso magnetico effettivo e mantenere sostanzialmente invariate le prestazioni del motore.

I magneti permanenti utilizzati in varie applicazioni, tra cui i condizionatori d'aria, sono in genere realizzati con materiali dalle elevate proprietà magnetiche. Ecco alcuni materiali comuni utilizzati per i magneti permanenti:

Neodimio Ferro Boro (NdFeB): I magneti al neodimio sono il tipo più forte di magneti permanenti disponibili in commercio. Offrono un'elevata forza magnetica rispetto alle loro dimensioni e al loro peso, rendendoli adatti ad applicazioni in cui lo spazio e il peso sono limitati. I magneti NdFeB sono comunemente utilizzati nei motori, nei generatori, nelle cuffie, nei separatori magnetici e in vari dispositivi elettronici industriali e di consumo.

Cobalto di samario (SmCo): I magneti in cobalto di samario sono noti per la loro eccellente stabilità alla temperatura e resistenza alla smagnetizzazione, che li rende adatti alle applicazioni ad alta temperatura. Pur non essendo forti come i magneti al neodimio, i magneti SmCo offrono prestazioni superiori a temperature elevate. Sono utilizzati in applicazioni aerospaziali, automobilistiche e mediche, nonché in motori, sensori e giunti magnetici.

Alnico (alluminio-nichel-cobalto): I magneti Alnico sono composti da alluminio, nichel, cobalto e ferro. Hanno buone proprietà magnetiche e un'elevata coercitività, che li rende resistenti alla smagnetizzazione. I magneti Alnico sono spesso utilizzati nei sensori, nei pickup per chitarra, negli altoparlanti e in varie applicazioni industriali.

Ferrite (ceramica): I magneti in ferrite, noti anche come magneti in ceramica, sono costituiti da una miscela di ossido di ferro e carbonato di bario o stronzio. Sono relativamente poco costosi e hanno una buona resistenza alla corrosione e alla smagnetizzazione. I magneti di ferrite sono ampiamente utilizzati negli altoparlanti, nei magneti dei frigoriferi, nei motori e nei separatori magnetici.

Magneti legati: I magneti legati sono realizzati mescolando polveri magnetiche, come NdFeB o ferrite, con un legante polimerico. Possono essere modellati in varie forme e dimensioni, offrendo flessibilità nella progettazione e nella produzione di materiali per magneti permanenti. I magneti legati sono utilizzati in motori, sensori, assemblaggi magnetici ed elettronica di consumo.

Ogni tipo di materiale magnetico permanente ha proprietà e caratteristiche uniche che lo rendono adatto ad applicazioni specifiche. La scelta del materiale magnetico dipende da fattori quali la forza magnetica, la stabilità alla temperatura, la resistenza alla corrosione, il costo e i requisiti di produzione.