"هسته" موتورهای آهنربای دائم - آهنرباهای دائمی

توسعه موتورهای آهنربای دائم ارتباط نزدیکی با توسعه مواد آهنربای دائم دارد. چین اولین کشوری است که خواص مغناطیسی مواد مغناطیسی دائمی را کشف کرده و آنها را در عمل به کار می‌گیرد. بیش از 2000 سال پیش، چین از خواص مغناطیسی مواد آهنربای دائمی برای ساخت قطب نما استفاده کرد که نقش بسیار زیادی در ناوبری، نظامی و سایر زمینه ها داشت و به یکی از چهار اختراع بزرگ چین باستان تبدیل شد.

اولین موتور در جهان که در دهه 1920 ظاهر شد، یک موتور آهنربای دائمی بود که از آهنرباهای دائمی برای تولید میدان های مغناطیسی تحریک استفاده می کرد. با این حال، ماده آهنربای دائمی مورد استفاده در آن زمان مگنتیت طبیعی (Fe3O4) بود که چگالی انرژی مغناطیسی بسیار کمی داشت. موتور ساخته شده از آن اندازه بزرگی داشت و به زودی با موتور تحریک الکتریکی جایگزین شد.

با توسعه سریع موتورهای مختلف و اختراع مغناطیس‌کننده‌های جریان، مردم تحقیقات عمیقی در مورد مکانیسم، ترکیب و فناوری ساخت مواد مغناطیسی دائمی انجام داده‌اند و به‌طور متوالی انواع مختلفی از مواد مغناطیسی دائمی مانند فولاد کربنی، تنگستن را کشف کرده‌اند. فولاد (حداکثر محصول انرژی مغناطیسی حدود 2.7 کیلوژول بر متر مکعب)، و فولاد کبالت (حداکثر محصول انرژی مغناطیسی حدود 7.2 کیلوژول بر متر مکعب).

به طور خاص، ظهور آهنرباهای دائمی آلومینیوم نیکل کبالت در دهه 1930 (حداکثر محصول انرژی مغناطیسی می تواند به 85 کیلوژول بر متر مکعب برسد) و آهنرباهای دائمی فریت در دهه 1950 (حداکثر محصول انرژی مغناطیسی می تواند به 40 کیلوژول بر متر مکعب برسد) خواص مغناطیسی را بسیار بهبود بخشیده است. و موتورهای میکرو و کوچک مختلف شروع به استفاده از تحریک آهنربای دائمی کرده اند. قدرت موتورهای آهنربای دائم از چند میلی وات تا ده ها کیلووات. آنها به طور گسترده در تولیدات نظامی، صنعتی و کشاورزی و زندگی روزمره استفاده می شوند و تولید آنها به طور چشمگیری افزایش یافته است.

به همین ترتیب، در طول این دوره، پیشرفت‌هایی در تئوری طراحی، روش‌های محاسبه، مغناطیس‌سازی و فناوری ساخت موتورهای آهنربای دائم ایجاد شده است و مجموعه‌ای از روش‌های تحلیل و تحقیق را تشکیل می‌دهد که با روش نمودار نمودار آهنربای دائم کار نشان داده می‌شود. با این حال، نیروی اجباری آهنرباهای دائمی AlNiCo کم است (36-160 کیلو آمپر بر متر)، و چگالی مغناطیسی باقیمانده آهنرباهای دائمی فریت بالا نیست (0.2-0.44 T)، که محدوده کاربرد آنها را در موتورها محدود می کند.

در دهه 1960 و 1980 بود که آهنرباهای دائمی کبالت خاکی کمیاب و آهنرباهای دائمی آهن نئودیمیم بور (که در مجموع به عنوان آهنرباهای دائمی خاکی کمیاب شناخته می شوند) یکی پس از دیگری ظاهر شدند. خواص مغناطیسی عالی آنها از چگالی مغناطیسی باقیمانده بالا، نیروی اجباری بالا، محصول انرژی مغناطیسی بالا و منحنی مغناطیس زدایی خطی به ویژه برای ساخت موتورها مناسب است، بنابراین توسعه موتورهای آهنربای دائمی را به یک دوره تاریخی جدید آغاز می کند.

1. مواد مغناطیسی دائمی

مواد آهنربای دائمی که معمولاً در موتورها استفاده می شود شامل آهنرباهای متخلخل و آهنرباهای پیوندی است که انواع اصلی آن عبارتند از آلومینیوم نیکل کبالت، فریت، کبالت ساماریم، بور آهن نئودیمیم و غیره.

Alnico: مواد آهنربای دائم Alnico یکی از اولین مواد مغناطیسی دائمی است که به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرد و فرآیند آماده سازی و فناوری آن نسبتاً بالغ است.

فریت دائمی: در دهه 1950، فریت شروع به شکوفایی کرد، به ویژه در دهه 1970، زمانی که فریت استرانسیوم با قدرت اجباری و عملکرد انرژی مغناطیسی خوب در مقادیر زیادی تولید شد و به سرعت استفاده از فریت دائمی را گسترش داد. فریت به عنوان یک ماده مغناطیسی غیر فلزی، معایب اکسیداسیون آسان، دمای کوری پایین و هزینه بالای مواد آهنربای دائمی فلزی را ندارد، بنابراین بسیار محبوب است.

کبالت ساماریوم: یک ماده آهنربای دائمی با خواص مغناطیسی عالی که در اواسط دهه 1960 پدیدار شد و عملکرد بسیار پایداری دارد. کبالت ساماریوم از نظر خواص مغناطیسی مخصوصاً برای ساخت موتورها مناسب است، اما به دلیل قیمت بالای آن، عمدتاً در تحقیق و توسعه موتورهای نظامی مانند هوانوردی، هوافضا و تسلیحات و موتورها در زمینه های با فناوری پیشرفته استفاده می شود. عملکرد بالا و قیمت عامل اصلی نیستند.

NdFeB: ماده مغناطیسی NdFeB آلیاژی از نئودیمیم، اکسید آهن و غیره است که به عنوان فولاد مغناطیسی نیز شناخته می شود. این محصول انرژی مغناطیسی بسیار بالا و نیروی اجباری دارد. در عین حال، مزایای چگالی انرژی بالا باعث می شود که مواد مغناطیسی دائمی NdFeB به طور گسترده در صنعت مدرن و فناوری الکترونیک مورد استفاده قرار گیرند و امکان کوچک سازی، سبک کردن و نازک کردن تجهیزات مانند ابزار، موتورهای الکتروآکوستیک، جداسازی مغناطیسی و مغناطیسی را فراهم می کند. از آنجایی که حاوی مقدار زیادی نئودیمیم و آهن است، به راحتی زنگ می زند. غیرفعال سازی شیمیایی سطحی یکی از بهترین راه حل ها در حال حاضر است.

مقاومت در برابر خوردگی، حداکثر دمای عملیاتی، عملکرد پردازش، شکل منحنی مغناطیس زدایی،

و مقایسه قیمت مواد مغناطیسی دائمی رایج برای موتورها (شکل)

2.تأثیر شکل فولاد مغناطیسی و تحمل بر عملکرد موتور

1. تاثیر ضخامت فولاد مغناطیسی

هنگامی که مدار مغناطیسی داخلی یا خارجی ثابت است، شکاف هوا کاهش می یابد و با افزایش ضخامت، شار مغناطیسی موثر افزایش می یابد. تظاهر آشکار این است که سرعت بدون بار کاهش می یابد و جریان بدون بار تحت همان مغناطیس باقیمانده کاهش می یابد و حداکثر بازده موتور افزایش می یابد. با این حال، معایبی نیز وجود دارد، مانند افزایش ارتعاش کموتاسیون موتور و منحنی بازده نسبتاً تندتر موتور. بنابراین، ضخامت فولاد مغناطیسی موتور باید تا حد امکان ثابت باشد تا لرزش کاهش یابد.

2.تاثیر عرض فولاد مغناطیسی

برای آهنرباهای موتور بدون جاروبک با فاصله نزدیک، مجموع شکاف تجمعی نمی تواند از 0.5 میلی متر تجاوز کند. اگر خیلی کوچک باشد نصب نمی شود. اگر بیش از حد بزرگ باشد، موتور می لرزد و راندمان را کاهش می دهد. زیرا موقعیت عنصر هال که موقعیت آهنربا را اندازه گیری می کند با موقعیت واقعی آهنربا مطابقت ندارد و عرض باید ثابت باشد در غیر این صورت موتور بازده کم و لرزش زیادی خواهد داشت.

برای موتورهای برس خورده، شکاف خاصی بین آهنرباها وجود دارد که برای منطقه انتقال مکانیکی کموتاسیون محفوظ است. اگرچه شکافی وجود دارد، اکثر تولیدکنندگان روش‌های سختگیرانه نصب آهنربا را برای اطمینان از دقت نصب دارند تا از موقعیت نصب دقیق آهنربا موتور اطمینان حاصل کنند. اگر عرض آهنربا بیشتر شود، نصب نمی شود. اگر عرض آهنربا خیلی کم باشد، باعث می شود آهنربا به هم نخورد، موتور بیشتر ارتعاش کند و راندمان کاهش یابد.

3. تاثیر اندازه پخ فولادی مغناطیسی و غیر پخ

اگر پخ انجام نشود، سرعت تغییر میدان مغناطیسی در لبه میدان مغناطیسی موتور زیاد خواهد بود و باعث ایجاد ضربان موتور می شود. هر چه پخ بزرگتر باشد، ارتعاش کوچکتر است. با این حال، پخ زدن به طور کلی باعث کاهش خاصی در شار مغناطیسی می شود. برای برخی مشخصات، اتلاف شار مغناطیسی 0.5 تا 1.5٪ زمانی که پخ 0.8 است. برای موتورهای برس خورده با مغناطیس باقیمانده کم، کاهش مناسب اندازه پخ به جبران مغناطیس باقیمانده کمک می کند، اما ضربان موتور افزایش می یابد. به طور کلی، هنگامی که مغناطیس باقیمانده کم است، تحمل در جهت طول می تواند به طور مناسب افزایش یابد، که می تواند شار مغناطیسی موثر را تا حد معینی افزایش دهد و عملکرد موتور را اساساً بدون تغییر نگه دارد.

3. نکاتی در مورد موتورهای آهنربای دائم

1. ساختار مدار مغناطیسی و محاسبه طراحی

به منظور نمایش کامل خواص مغناطیسی مواد مغناطیسی دائمی مختلف، به ویژه خواص مغناطیسی عالی آهنرباهای دائمی خاکی کمیاب، و ساخت موتورهای آهنربای دائم مقرون به صرفه، نمی توان به سادگی از روش های محاسبه ساختار و طراحی استفاده کرد. موتورهای آهنربای دائم سنتی یا موتورهای تحریک الکترومغناطیسی. مفاهیم طراحی جدید باید برای تحلیل مجدد و بهبود ساختار مدار مغناطیسی ایجاد شود. با توسعه سریع فناوری سخت افزار و نرم افزار کامپیوتر و همچنین بهبود مستمر روش های طراحی مدرن مانند محاسبات عددی میدان الکترومغناطیسی، طراحی بهینه سازی و فناوری شبیه سازی و با تلاش مشترک جوامع دانشگاهی و مهندسی موتور، پیشرفت هایی حاصل شده است. ساخته شده در تئوری طراحی، روش های محاسبه، فرآیندهای ساختاری و فناوری های کنترل موتورهای آهنربای دائم، تشکیل مجموعه کاملی از روش های تحلیل و تحقیق و تجزیه و تحلیل به کمک کامپیوتر و نرم افزار طراحی که ترکیبی از محاسبات عددی میدان الکترومغناطیسی و حل تحلیلی مدار مغناطیسی معادل است و به طور مداوم در حال بهبود است.

2. مشکل مغناطیس زدایی غیرقابل برگشت

اگر طراحی یا استفاده نامناسب باشد، موتور مغناطیس دائم ممکن است مغناطیس زدایی برگشت ناپذیر یا مغناطیس زدایی را ایجاد کند، زمانی که دما خیلی زیاد (مغناطیس دائمی NdFeB) یا خیلی کم (مگنت دائمی فریت)، تحت واکنش آرمیچر ناشی از جریان ضربه، یا تحت لرزش شدید مکانیکی که باعث کاهش عملکرد موتور و حتی غیرقابل استفاده شدن آن می شود. بنابراین مطالعه و توسعه روش ها و دستگاه های مناسب برای سازندگان موتور جهت بررسی پایداری حرارتی مواد مغناطیس دائم و تجزیه و تحلیل قابلیت های ضد مغناطیس زدایی اشکال مختلف ساختاری ضروری است تا بتوان اقدامات مربوطه را در حین طراحی و ساخت انجام داد. برای اطمینان از اینکه موتور آهنربای دائم مغناطیس را از دست نمی دهد.

3. مسائل مربوط به هزینه

از آنجایی که آهنرباهای دائمی خاکی کمیاب هنوز نسبتاً گران هستند، هزینه موتورهای آهنربای دائم خاکی کمیاب به طور کلی بالاتر از موتورهای تحریک الکتریکی است که باید با عملکرد بالا و صرفه جویی در هزینه های عملیاتی جبران شود. در برخی موارد، مانند موتورهای سیم پیچ صوتی برای درایوهای دیسک کامپیوتر، استفاده از آهنرباهای دائمی NdFeB عملکرد را بهبود می بخشد، حجم و جرم را به میزان قابل توجهی کاهش می دهد و هزینه کل را کاهش می دهد. هنگام طراحی، لازم است مقایسه عملکرد و قیمت بر اساس موقعیت‌ها و الزامات استفاده خاص و نوآوری در فرآیندهای ساختاری و بهینه‌سازی طرح‌ها برای کاهش هزینه‌ها انجام شود.

Anhui Mingteng Permanent Magnet Electromechanical Equipment Co., Ltd.https://www.mingtengmotor.com/). نرخ مغناطیس زدایی فولاد مغناطیسی موتور آهنربای دائم بیش از یک هزارم در سال نیست.

مواد مغناطیس دائم روتور موتور آهنربای دائم شرکت ما از محصول انرژی مغناطیسی بالا و اجبار ذاتی بالا NdFeB متخلخل استفاده می کند و گریدهای معمولی N38SH، N38UH، N40UH، N42UH، و غیره هستند. به عنوان مثال: 38- نشان دهنده حداکثر محصول انرژی مغناطیسی 38MGOe است. SH نشان دهنده حداکثر مقاومت دمایی 150 درجه سانتیگراد است. UH دارای حداکثر مقاومت دمایی 180 درجه سانتیگراد است. این شرکت ابزار و وسایل راهنما حرفه ای را برای مونتاژ فولاد مغناطیسی طراحی کرده است و قطبیت فولاد مغناطیسی مونتاژ شده را با ابزار معقول تجزیه و تحلیل کیفی کرده است، به طوری که مقدار شار مغناطیسی نسبی هر فولاد مغناطیسی شیار نزدیک است، که تقارن مغناطیسی را تضمین می کند. مدار و کیفیت مونتاژ فولاد مغناطیسی.

حق چاپ: این مقاله تجدید چاپ شماره عمومی WeChat "موتور امروز" است، لینک اصلی https://mp.weixin.qq.com/s/zZn3UsYZeDwicEDwIdsbPg

این مقاله دیدگاه های شرکت ما را نشان نمی دهد. اگر نظرات یا دیدگاه های متفاوتی دارید، لطفا ما را اصلاح کنید!