Motore a magnete permanente
Un motore a magneti permanenti è un motore elettrico che utilizza un magnete permanente per generare il campo magnetico necessario al funzionamento. A differenza dei motori elettrici tradizionali, che utilizzano elettromagneti creati facendo passare la corrente attraverso bobine di filo, i motori a magneti permanenti hanno magneti incorporati nella loro struttura.
Utilizziamo principalmente la generazione e la conservazione del magnetismo nei materiali per motori a magnete permanente, come l'NdFeB. L'esigenza funzionale fondamentale dei materiali magnetici è questa. Come si può quindi quantificare la capacità di un magnete di produrre e mantenere il magnetismo? Remanenza Br, forza coercitiva Hcb, forza coercitiva intrinseca Hcj e prodotto massimo di energia magnetica BH (max) sono le quattro indicazioni che tipicamente utilizziamo.
Per comprendere appieno i sintomi sopra descritti, è necessario conoscere la curva di smagnetizzazione. Il motore a magnete permanente magnetizzato deve essere in grado di sopportare l'impatto di diversi elementi dannosi per il magnetismo mentre è in funzione, poiché il materiale del magnete permanente deve essere prima magnetizzato. L'intera prestazione del magnete può essere accuratamente rappresentata dalla curva di smagnetizzazione.
Un esempio del ciclo di isteresi di un magnete permanente è mostrato nell'immagine qui sopra. La curva di magnetizzazione si trova nel primo quadrante, la curva di smagnetizzazione si trova nel secondo quadrante, la curva di smagnetizzazione inversa si trova nel terzo quadrante del motore a magneti permanenti e così via.
L'intensità del campo magnetico applicato H è indicata in ascissa, mentre l'intensità di polarizzazione magnetica J e l'intensità di induzione magnetica B sono rappresentate in ordinata.
In breve, il campo magnetico interno del magnete è rappresentato dall'intensità di polarizzazione magnetica J, mentre i campi magnetici esterni e interni del magnete si sommano per formare l'intensità dell'induzione magnetica B.
La curva di smagnetizzazione è la fonte dei quattro parametri di prestazione magnetica: rimanenza, forza coercitiva, forza coercitiva intrinseca e prodotto massimo di energia magnetica.
La linea blu nella figura precedente è nota come curva di smagnetizzazione B-H (la curva di variazione dell'intensità di induzione magnetica B e del campo magnetico esterno H), mentre la linea rossa è nota come curva di smagnetizzazione J-H (la curva di variazione dell'intensità di polarizzazione magnetica J e del campo magnetico esterno H), nota anche come curva di smagnetizzazione intrinseca del motore a magnete permanente.
Ogni dominio magnetico è rappresentato da una piccola scatola. Un magnete è costituito da numerosi domini magnetici e la freccia rappresenta l'asse C della direzione della magnetizzazione che si verifica spontaneamente.
La freccia rappresenta l'asse C della direzione della magnetizzazione spontanea del dominio magnetico, che è costituito da numerosi domini magnetici. Come illustrato nella Figura 1, i magneti permanenti in uno stato magneticamente neutro - in pratica, i magneti che non sono stati magnetizzati - hanno la maggior parte dei loro domini magnetici alle stesse coordinate motore a magnete permanente, ma le loro direzioni si annullano a vicenda, rendendoli invisibili al mondo esterno.
Quando viene applicato un campo magnetico lungo la direzione di magnetizzazione, i domini magnetici si spostano gradualmente e ruotano attraverso le pareti del dominio magnetico in modo che le loro direzioni dell'asse C puntino nella stessa direzione, come mostrato nella Figura 2 e nella Figura 3. Questa è la curva di magnetizzazione. Questa è la curva di magnetizzazione.
Il valore corrispondente dell'intensità di polarizzazione magnetica del magnete quando si parla di magnetizzazione satura è l'intensità di polarizzazione magnetica di saturazione Js.
Quando il magnete è saturo e magnetizzato, il campo magnetico esterno viene rimosso. Dalla figura si può notare che la maggior parte dei domini magnetici mantiene la stessa direzione. Un piccolo numero di essi ruota leggermente, ma la direzione principale rimane invariata, come illustrato nella Figura 4. In questo modo, l'intensità dell'induzione magnetica e la polarizzazione magnetica del magnete mantengono un valore elevato.
Questo valore è chiamato intensità di induzione magnetica residua Br o intensità di polarizzazione magnetica residua Jr. L'intuizione è che, una volta rimosso il campo magnetico esterno dal motore a magneti permanenti saturo e magnetizzato, la polarizzazione magnetica residua Jr,
l'intensità di induzione magnetica B o l'intensità di polarizzazione magnetica J residua del magnete, quando viene applicato un campo magnetico esterno Quando H è 0, Br=Jr, si usa spesso Br per descriverlo, che è ciò che più spesso chiamiamo magnetismo residuo, l'unità di misura è Gs o T. Più alto è Br, più forte è l'intensità di induzione magnetica che può essere trattenuta e maggiore è il potenziale per diventare un materiale magnetico forte.
Quando il campo magnetico esterno applicato aumenta nella direzione opposta, i domini magnetici del magnete si spostano gradualmente e ruotano, come mostrato nella Figura 5. Quando l'intensità del campo magnetico raggiunge un certo valore, l'intensità dell'induzione magnetica B del magnete si riduce a 0.
L'intensità del campo magnetico e l'intensità del campo magnetico inverso applicato si annullano a vicenda. A questo punto, il valore corrispondente dell'intensità del campo magnetico è chiamato coercitività magnetica Hcb (scritta anche come bHc) e l'unità di misura è Oe o kA/m.
La coercitività magnetica Hcb è strettamente correlata all'inclinazione della curva di smagnetizzazione J-H. Se il dominio magnetico del magnete è difficile da spostare o ruotare in un breve periodo di tempo, la linea J-H sarà molto rettilinea, quindi numericamente Hcb sarà infinitamente vicino al limite superiore di Br e Hcb. È Br, Hcb=Br.
Si tratta di una situazione ideale, il che significa che non vi è alcuna tendenza all'inversione del dominio magnetico prima che l'intensità del campo magnetico inverso raggiunga il motore a magneti permanenti numerici Br. In questo modo, il magnete è molto stabile, cioè è numericamente sensibile al campo magnetico inverso. La resistenza alla smagnetizzazione allo stato iniziale è molto forte al di sotto di Br.
Quando il campo magnetico inverso continua ad aumentare, raggiunge un valore critico e il dominio magnetico inverso appare rapidamente, facendo sì che l'intensità della polarizzazione magnetica del magnete scenda rapidamente a 0. Una semplice comprensione è che l'intensità del campo magnetico trattenuto all'interno del magnete scende a 0, come mostrato nella Figura 6.
Il valore corrispondente dell'intensità del campo magnetico è chiamato forza coercitiva intrinseca Hcj (scritta anche jHc) e l'unità di misura è Oe o kA/m.
La forza coercitiva intrinseca è una grandezza fisica che riflette la capacità del magnete di resistere alla smagnetizzazione. Maggiore è la forza coercitiva intrinseca, maggiore è la capacità di resistere alla smagnetizzazione. Per essere precisi, maggiore è la capacità di resistere alla smagnetizzazione completa del motore a magneti permanenti.
È necessario prestare particolare attenzione alla differenza tra Hcj e Hcb. Quando Hcj è numericamente maggiore di Br, il valore limite di Hcb è Br. Quando Hcj è numericamente minore di Br, il valore limite di Hcb è Hcj.
Il prodotto di B e H corrispondente a qualsiasi punto della curva di smagnetizzazione B-H è chiamato prodotto di energia magnetica. Il valore massimo è il prodotto massimo di energia magnetica (BH)max. In teoria, il prodotto massimo di energia magnetica (BH)max=½ Br².
Il prodotto di energia magnetica massima tiene conto del magnetismo residuo. E la coercitività magnetica, il cui valore rappresenta l'energia magnetica contenuta nel magnete e può anche riflettere l'inclinazione iniziale della linea J-H, in unità di GOe o j/m³.
Se i quattro parametri di cui sopra sono ancora difficili da capire, si può semplicemente pensare al magnete come a una tazza d'acqua, la magnetizzazione è il riscaldamento, il magnetismo residuo è il calore dell'acqua dopo l'interruzione del riscaldamento, la smagnetizzazione è come il raffreddamento dell'acqua, e Hcb è quando la bassa temperatura ambientale raggiunge un valore elevato, che compensa il calore dell'acqua e non riflette il calore come un intero motore a magneti permanenti.
Hcj è il valore di bassa temperatura ambiente necessario per ridurre completamente il calore dell'acqua a 0. Di seguito è riportata una versione semplificata del diagramma del secondo quadrante del circuito di isteresi, che può aiutare ad approfondire la comprensione dei concetti correlati.
Per i parametri magnetici di cui sopra, nelle applicazioni pratiche occorre prestare attenzione ai seguenti punti:
1. Per i magneti che richiedono un forte campo magnetico, di solito è necessario aumentare il più possibile la rimanenza per liberare più magnetismo. Tuttavia, va notato che questo è un motore a magneti permanenti senza smagnetizzazione.
Se c'è smagnetizzazione, il semplice aumento della remanenza può essere inefficace e Hcj deve essere aumentato per ridurre la smagnetizzazione del motore a magneti permanenti. L'esempio più semplice è che per i magneti a disco D10*1, il magnetismo superficiale di 54H è superiore a quello di N54.
Il motivo è che l'Hcj del 54H è più alto, il che può far sì che il suo Br sia pienamente Tuttavia, l'Hcj dell'N54 è molto basso e non può essere mantenuto in uno stato non smagnetizzato. Per quanto alta sia la Br, non può esercitare pienamente il suo magnetismo.
2. Per i magneti che richiedono una forte resistenza alla smagnetizzazione e stabilità, di solito è necessario aumentare Hcj e anche il valore di Hcb deve essere il più vicino possibile a Br.
3. Per i magneti che richiedono una buona resistenza alla temperatura, di solito scegliamo di aumentare Hcj, perché i coefficienti di temperatura della forza coercitiva dei magneti permanenti NdFeB con lo stesso Hcj hanno poche differenze. L'effetto più diretto dell'aumento di Hcj è quello di rendere il punto di inflessione della linea B-H il più tardi possibile Appare o non appare.
Se i requisiti di stabilità della temperatura sono rigorosi per i motori a magneti permanenti, è necessario considerare anche i requisiti Hcb e ridurre il più possibile la pendenza della linea B-H per ridurre l'ampiezza di attenuazione irreversibile del magnete.
