永久磁石材料
永久磁石モータは、永久磁石材料を用いてモータの磁界を発生させるため、励磁コイルや励磁電流を必要としない。従来の電気励磁モーターに比べ、高効率で構造が簡単といった大きな利点があります。
永久磁石モーターの応用範囲は極めて広く、航空宇宙、国防、工業、農業生産、日常生活などほとんどすべての分野をカバーしています。高性能永久磁石材料の開発と制御技術の急速な発展により、永久磁石モータの応用範囲はさらに広がるでしょう。本日は、永久磁石モーターと永久磁石材料の特性がモーターに与える影響について説明します。
永久磁石モータの原理と構造
モーターにはいろいろな種類があることは誰でも知っていますが、基本原理は電磁誘導現象を利用して電気エネルギーと運動エネルギーの相互変換を実現することです 永久磁石材料。モータの基本原理と構造について詳しく知りたい方は、モータの基本原理と構造をクリックしてご覧ください。本日は、永久磁石直流モーターと永久磁石同期モーターを例にとり、永久磁石材料モーターについて簡単にご紹介します。
1.永久磁石直流モーター
永久磁石材料直流モーターの動作原理と構造は、電流励磁磁極の代わりに永久磁石材料磁極が使用されていることを除けば、通常の直流モーターと同様である。整流方式の違いにより、ブラシ付きモーターとブラシレスモーターに分けられる。前者は機械的に整流され、後者は電子的に整流される。
DCブラシモーターを例にとると、永久磁石材料の磁極は同じ円上に配置され、青い磁力線はモーターの磁気回路を表している。
永久磁石材料ブラシ付DCモータのロータは、ロータコア、ロータ巻線、整流子、回転軸で構成され、通常のDCモータのロータと同じである。ロータとブラシアッセンブリをステータに挿入し、永久磁石材料直流モータを構成する。
中小出力の永久磁石直流モーターは、電動自転車、電動オートバイ、スクーターに広く使用されている。
2.永久磁石材料同期モータ
近年、永久磁石同期モータが急速に発展している。永久磁石同期モータは高力率と高効率が特徴である。永久磁石同期モータは、多くの場面で一般的に使用されている交流非同期モータに徐々に取って代わりつつある。その中でも、非同期始動の永久磁石同期モータは優れた性能を持ち、非常に人気のあるモータである。省エネモータの未来。
永久磁石同期モータの固定子構造と作動原理は、AC非同期モータと同じである。通常の非同期モーターとの違いは、ローター構造にある。ローターには永久磁石極が装備されている。永久磁石はローターの様々な位置に配置されている。
永久磁石材料モーターの開発は、永久磁石材料の開発と密接な関係がある
1820年代に登場した世界初のモーターは、永久磁石材料から励磁磁界を発生させる永久磁石モーターであった。しかし、当時使われていた永久磁石材料は天然マグネタイト（Fe3O4）で、磁気エネルギー密度が非常に低かった。それを使ったモーターはかさばり、すぐに電気励磁モーターに取って代わられた。
各種モータの急速な発展と電流着磁装置の発明により、永久磁石材料のメカニズム、組成、製造技術について綿密な研究が行われ、炭素鋼、タングステン鋼、コバルト鋼など様々な永久磁石材料が次々と発見された。
特に、1930年代に登場したAlNiCo永久磁石や1950年代に登場したフェライト永久磁石は磁気特性を大幅に向上させ、様々な超小型・小型モーターが永久磁石を励磁に使用している。
しかし、AlNiCo永久磁石の保磁力は低く、フェライト永久磁石の残留磁束密度は高くないため、モーターへの適用範囲が限定される。1960年代から1980年代までは、サマリウムコバルト永久磁石やネオジム鉄ボロン永久磁石材料が相次いで登場した。
その高い残留磁束密度、高い保磁力、高い磁気エネルギー積、直線的な減磁曲線の優れた磁気特性は、特にモーターの製造に適しており、永久磁石モーターの開発を新たな歴史的時代へと導いた。
電磁鋼板の性能とモーター性能の関係
1.残留磁気の影響
直流モータの場合、同じ巻線パラメータと試験条件では、残留磁性が高いほど無負荷回転数が低く、無負荷電流が小さく、最大トルクが大きいほど最高効率点での効率が高くなります。実際の試験では、一般的に無負荷回転数と最大トルクの大きさで永久磁石材料の残留磁気の規格を判定します。
同じ巻線パラメータと電気パラメータの場合、残留磁気が大きいほど無負荷回転数が低くなり、無負荷電流が小さくなるのは、走行中のモーターが比較的低い回転数で十分な逆誘導を発生するからである。電圧を発生させ、巻線に加わる起電力の代数和を減少させる。
2.強制力の影響
モータの運転中には、温度や逆減磁界の影響が常にあります。モータ設計の観点からは、保磁力が高いほど磁石の厚み方向は小さくなります。保磁力が小さいほど永久磁石材料の厚み方向は大きくなります。
しかし、電磁鋼板の保磁力があるレベルを超えると、その温度ではモーターの他の構成部品が安定して働かなくなるため、意味がなくなる。保磁力は要件を満たせばよく、推奨される実験条件下で要件を満たすことが基準となる。資源を浪費する必要はない。
3.扁平率の影響
扁平率はモータ性能試験効率曲線の平坦性にのみ影響する。モーター効率曲線の平坦度は重要な指標標準永久磁石材料としてまだ挙げられていないが、これは自然な道路条件下でのホイールハブモーターの継続距離にとって非常に重要である。 重要である。路面状態が異なるため、モーターは常に最大効率点で動作するわけではありません。
これは、一部のモーターの最大効率が高くないにもかかわらず、駆動距離が長い理由の1つである。良いハブモーターは、最大効率が高いだけでなく、効率曲線ができるだけ水平であるべきです 永久磁石材料。効率低下の傾きは小さければ小さいほど良い。インホイールモーターの市場、技術、規格が成熟するにつれて、これは徐々に重要な規格になっていくだろう。
4.パフォーマンスの一貫性の影響
残留磁気が安定しない：特に高性能なものでも良くない。一方向性磁界部の磁束が不均一なため、トルクが非対称となり振動が発生する。
保磁力が一定しない：特に個々の製品の保磁力が低すぎると、逆減磁が起こりやすくなり、各マグネットの磁束が一定せず、モーターが振動する。ブラシレスモーターの場合、この影響はより大きい。
磁石の形状と公差がモーター性能に及ぼす影響
1.電磁鋼板の厚さの影響
内側または外側の磁気回路リングが固定されている場合、厚さが増加すると、エアギャップが減少し、有効磁束が増加します。その明らかな現れとして、同じ残留磁気の下で、無負荷回転数が低下し、無負荷電流が減少し、モータの最大効率が低下します。しかし、モータの整流振動が増加したり、モータの効率曲線が相対的に急峻になるなどのデメリットもある。そのため、モータの磁石の厚さは振動を抑えるためにできるだけ一定にする必要がある。
2.磁石幅の影響
ブラシレスモーターの磁石が密集している場合、累積ギャップの合計が0.5mmを超えてはならない。小さすぎると取り付けられません。大きすぎると振動が発生し、モータの効率が低下する。これは磁石の位置を測定するホール素子と磁石の位置が実際の鋼材の位置と一致しないためで、幅の整合性を確保しないとモータの効率が低くなり、振動が大きくなります。
ブラシ付モータの場合、永久磁石材料と永久磁石材料の間には一定の隙間があり、この隙間は機械的整流の移行領域として確保されています。ギャップがあるとはいえ、モーター磁石の正確な取り付け位置を確保するため、ほとんどのメーカーは磁石の取り付け手順を厳格に定め、取り付け精度を確保しています。磁石の幅を超えると取り付けられず、磁石の幅が小さすぎると磁石の位置がずれ、モーターの振動が大きくなり、効率が低下します。
3.磁性鋼の面取りサイズと非面取りサイズの影響
面取りがない場合、モータの磁界端での磁界変化率が大きくなり、モータのパルス振動の原因となる。面取りが大きいほど振動は小さくなります。しかし、面取りは一般的に磁束の損失を引き起こす。
仕様によっては、面取りを0.8にすると磁束損失が0.5～1.5%になります。ブラシ付モータの残留磁気が小さい場合、面取りサイズを適切に小さくすることで残留磁気を補うことができますが、モータの脈動が大きくなります。一般的に、残留磁気が低い永久磁石材料では、長さ方向の公差を適切に大きくすることで、有効磁束をある程度増加させることができ、モータの性能は基本的に変わりません。
エアコンをはじめとする様々な用途に使用される永久磁石は、一般的に磁気特性の高い材料で作られています。ここでは、永久磁石に使用される一般的な素材をご紹介します：
ネオジム鉄ホウ素（NdFeB）：ネオジム磁石は、市販されている永久磁石の中で最も強力なタイプです。サイズと重量に対して高い磁力を持つため、スペースと重量が制約となる用途に適しています。ネオジム磁石は、モーター、発電機、ヘッドフォン、磁気分離器、さまざまな産業用電子機器や民生用電子機器に一般的に使用されています。
サマリウムコバルト（SmCo）：サマリウムコバルト磁石は、温度安定性に優れ、減磁しにくいため、高温用途に適していることで知られています。ネオジム磁石ほど強力ではありませんが、SmCo磁石は高温で優れた性能を発揮します。航空宇宙、自動車、医療用途のほか、モーター、センサー、磁気カップリングにも使用されています。
アルニコ（アルミニウム・ニッケル・コバルト）：アルニコ磁石はアルミニウム、ニッケル、コバルト、鉄で構成されている。優れた磁気特性と高い保磁力を持ち、減磁しにくい。アルニコ磁石は、センサー、ギター・ピックアップ、ラウドスピーカー、各種産業用途によく使用される。
フェライト（セラミック）：フェライト磁石は、セラミック磁石としても知られ、酸化鉄と炭酸バリウムまたは炭酸ストロンチウムの混合物から作られています。比較的安価で、腐食や減磁に強い。フェライト磁石は、スピーカー、冷蔵庫用磁石、モーター、マグネットセパレーターなどに広く使われています。
ボンド磁石：ボンド磁石は、NdFeBやフェライトなどの磁性粉末をポリマーバインダーと混合して作られる。さまざまな形状やサイズに成形できるため、設計や製造に柔軟性がある。ボンド磁石は、モーター、センサー、磁気アセンブリ、家電製品などに使用されています。
永久磁石材料は、その種類ごとに独自の特性と特徴を持っており、特定の用途に適しています。磁石材料の選択は、磁力、温度安定性、耐食性、コスト、製造要件などの要因によって決まります。
