Nuolatinių magnetų variklių kūrimas yra glaudžiai susijęs su nuolatinių magnetų medžiagų kūrimu. Kinija yra pirmoji šalis pasaulyje, atradusi nuolatinių magnetų medžiagų magnetines savybes ir pritaikiusi jas praktikoje. Prieš daugiau nei 2000 metų Kinija panaudojo nuolatinių magnetų medžiagų magnetines savybes kompasams gaminti, kurie atliko didžiulį vaidmenį navigacijoje, kariuomenėje ir kitose srityse ir tapo vienu iš keturių didžiųjų senovės Kinijos išradimų.
Pirmasis pasaulyje variklis, pasirodęs 1920-aisiais, buvo nuolatinio magneto variklis, kuriame nuolatiniai magnetai buvo naudojami sužadinimo magnetiniams laukams generuoti. Tačiau tuo metu naudota nuolatinio magneto medžiaga buvo natūralus magnetitas (Fe3O4), kurio magnetinės energijos tankis buvo labai mažas. Iš jo pagamintas variklis buvo didelio dydžio ir netrukus jį pakeitė elektrinis sužadinimo variklis.
Sparčiai tobulėjant įvairiems varikliams ir išradus dabartinius magnetizatorius, žmonės atliko išsamius nuolatinių magnetinių medžiagų mechanizmo, sudėties ir gamybos technologijos tyrimus ir nuosekliai atrado įvairias nuolatines magnetines medžiagas, tokias kaip anglinis plienas, volframo plienas (didžiausia magnetinės energijos sandauga apie 2,7 kJ/m3) ir kobalto plienas (didžiausia magnetinės energijos sandauga apie 7,2 kJ/m3).
Visų pirma, aliuminio nikelio kobalto nuolatinių magnetų atsiradimas 1930-aisiais (didžiausia magnetinės energijos sandauga gali siekti 85 kJ/m3) ir ferito nuolatinių magnetų atsiradimas 1950-aisiais (didžiausia magnetinės energijos sandauga gali siekti 40 kJ/m3) labai pagerino magnetines savybes, o įvairūs mikro ir maži varikliai pradėjo naudoti nuolatinio magneto sužadinimą. Nuolatinių magnetų variklių galia svyruoja nuo kelių milivatų iki dešimčių kilovatų. Jie plačiai naudojami karinėje, pramonės ir žemės ūkio gamyboje bei kasdieniame gyvenime, o jų našumas labai išaugo.
Atitinkamai, per šį laikotarpį buvo padaryta pažanga nuolatinių magnetų variklių projektavimo teorijoje, skaičiavimo metoduose, įmagnetinime ir gamybos technologijoje, suformuojant analizės ir tyrimo metodų rinkinį, kurį reprezentuoja nuolatinių magnetų veikimo diagramos metodas. Tačiau AlNiCo nuolatinių magnetų koercinė jėga yra maža (36–160 kA/m), o feritinių nuolatinių magnetų liekamasis magnetinis tankis nėra didelis (0,2–0,44 T), o tai riboja jų taikymo sritį varikliuose.
Tik septintajame ir devintajame dešimtmečiuose vienas po kito atsirado retųjų žemių kobalto nuolatiniai magnetai ir neodimio geležies boro nuolatiniai magnetai (bendrai vadinami retųjų žemių nuolatiniais magnetais). Jų puikios magnetinės savybės – didelis liekamasis magnetinis tankis, didelė koercinė jėga, didelis magnetinės energijos produktas ir tiesinė demagnetizacijos kreivė – ypač tinka variklių gamybai, taip atverdamos nuolatinių magnetų variklių vystymosi kelią į naują istorinį laikotarpį.
1. Nuolatinės magnetinės medžiagos
Varikliuose dažniausiai naudojamos nuolatinių magnetų medžiagos yra sukepinti magnetai ir sujungti magnetai, kurių pagrindinės rūšys yra aliuminio nikelio kobaltas, feritas, samariumo kobaltas, neodimio geležies boras ir kt.
Alnico: Alnico nuolatinio magneto medžiaga yra viena iš seniausių plačiai naudojamų nuolatinio magneto medžiagų, o jos paruošimo procesas ir technologija yra gana brandūs.
Nuolatinis feritas: 1950-aisiais feritas pradėjo klestėti, ypač aštuntajame dešimtmetyje, kai dideliais kiekiais buvo pradėtas gaminti stroncio feritas, pasižymintis geru koerciniu krūviu ir magnetinės energijos savybėmis, todėl nuolatinio ferito naudojimas sparčiai plėtėsi. Kaip nemetalinė magnetinė medžiaga, feritas neturi lengvo oksidavimosi, žemos Curie temperatūros ir didelės metalinių nuolatinių magnetų medžiagų kainos trūkumų, todėl yra labai populiarus.
Samariumo kobaltas: Nuolatinio magneto medžiaga, pasižyminti puikiomis magnetinėmis savybėmis, atsiradusi septintojo dešimtmečio viduryje ir pasižyminti labai stabiliomis eksploatacinėmis savybėmis. Samariumo kobaltas ypač tinka variklių gamybai dėl magnetinių savybių, tačiau dėl didelės kainos jis daugiausia naudojamas karinių variklių, tokių kaip aviacija, kosmoso pramonė ir ginklai, tyrimams ir plėtrai, taip pat varikliams aukštųjų technologijų srityse, kur didelis našumas ir kaina nėra pagrindinis veiksnys.
NdFeB: NdFeB magnetinė medžiaga yra neodimio, geležies oksido ir kt. lydinys, dar žinomas kaip magnetinis plienas. Jis pasižymi itin didele magnetine energijos sandauga ir koercyvine jėga. Tuo pačiu metu dėl didelio energijos tankio NdFeB nuolatinio magneto medžiagos plačiai naudojamos šiuolaikinėje pramonėje ir elektronikos technologijose, todėl galima miniatiūrizuoti, palengvinti ir ploninti įrangą, tokią kaip instrumentai, elektroakustiniai varikliai, magnetinis atskyrimas ir įmagnetinimas. Dėl didelio neodimio ir geležies kiekio jis lengvai rūdija. Paviršiaus cheminis pasyvavimas šiuo metu yra vienas geriausių sprendimų.
Atsparumas korozijai, maksimali darbinė temperatūra, apdorojimo našumas, demagnetizacijos kreivės forma,
ir dažniausiai varikliams naudojamų nuolatinių magnetų medžiagų kainų palyginimas (pav.)
2.Magnetinio plieno formos ir tolerancijos įtaka variklio veikimui
1. Magnetinio plieno storio įtaka
Kai vidinė arba išorinė magnetinė grandinė yra fiksuota, didėjant storiui, oro tarpas mažėja, o efektyvusis magnetinis srautas didėja. Akivaizdu, kad esant tokiam pačiam liekamojo magnetizmo lygiui, sumažėja tuščiosios eigos greitis ir tuščiosios eigos srovė, o maksimalus variklio efektyvumas didėja. Tačiau yra ir trūkumų, tokių kaip padidėjusi variklio komutacinė vibracija ir santykinai statesnė variklio efektyvumo kreivė. Todėl variklio magnetinio plieno storis turėtų būti kuo vienodesnis, kad sumažėtų vibracija.
2. Magnetinio plieno pločio įtaka
Arti vienas kito išdėstytų bešepetinių variklių magnetų bendras tarpas negali viršyti 0,5 mm. Jei jis per mažas, variklis nebus montuojamas. Jei per didelis, variklis vibruos ir sumažins efektyvumą. Taip yra todėl, kad magneto padėtį matuojančio Holo elemento padėtis neatitinka tikrosios magneto padėties, o plotis turi būti vienodas, kitaip variklis turės mažą efektyvumą ir didelę vibraciją.
Šepetėliniuose varikliuose tarp magnetų yra tam tikras tarpas, skirtas mechaninio komutavimo pereinamajai zonai. Nors tarpas yra, dauguma gamintojų taiko griežtas magnetų montavimo procedūras, kad užtikrintų montavimo tikslumą ir tikslią variklio magneto montavimo padėtį. Jei magneto plotis viršija nurodytą, jis nebus sumontuotas; jei magneto plotis per mažas, magnetas bus netinkamai suderintas, variklis labiau vibruos ir sumažės efektyvumas.
3. Magnetinio plieno nuožulnos dydžio ir ne nuožulnos įtaka
Jei nuožula neatliekama, magnetinio lauko kitimo greitis variklio magnetinio lauko krašte bus didelis, todėl variklis pulsuos. Kuo didesnė nuožula, tuo mažesnė vibracija. Tačiau nuožula paprastai sukelia tam tikrus magnetinio srauto nuostolius. Kai kurioms specifikacijoms magnetinio srauto nuostoliai yra 0,5–1,5 %, o nuožula yra 0,8. Šepetėliniams varikliams, kurių liekamasis magnetizmas mažas, tinkamai sumažinus nuožulos dydį, bus kompensuojamas liekamasis magnetizmas, tačiau variklio pulsacija padidės. Apskritai, kai liekamasis magnetizmas mažas, galima atitinkamai padidinti ilgio krypties toleranciją, o tai gali tam tikru mastu padidinti efektyvųjį magnetinį srautą ir iš esmės išlaikyti variklio veikimą nepakitusią.
3. Pastabos apie nuolatinių magnetų variklius
1. Magnetinės grandinės struktūra ir projektavimo skaičiavimas
Norint visapusiškai išnaudoti įvairių nuolatinių magnetų medžiagų magnetines savybes, ypač puikias retųjų žemių nuolatinių magnetų magnetines savybes, ir gaminti ekonomiškus nuolatinių magnetų variklius, neįmanoma tiesiog taikyti tradicinių nuolatinių magnetų variklių ar elektromagnetinio sužadinimo variklių konstrukcijos ir projektavimo skaičiavimo metodų. Reikia sukurti naujas projektavimo koncepcijas, kad būtų galima iš naujo išanalizuoti ir patobulinti magnetinės grandinės struktūrą. Sparčiai tobulėjant kompiuterinės ir programinės įrangos technologijoms, taip pat nuolat tobulėjant šiuolaikiniams projektavimo metodams, tokiems kaip elektromagnetinio lauko skaitmeninis skaičiavimas, optimizavimo projektavimas ir modeliavimo technologijos, ir bendromis variklių akademinių ir inžinerijos bendruomenių pastangomis, buvo pasiekta proveržių nuolatinių magnetų variklių projektavimo teorijoje, skaičiavimo metoduose, struktūriniuose procesuose ir valdymo technologijose, suformuojant visą analizės ir tyrimo metodų bei kompiuterinės analizės ir projektavimo programinės įrangos rinkinį, kuris apjungia elektromagnetinio lauko skaitmeninį skaičiavimą ir lygiavertį magnetinės grandinės analitinį sprendimą, ir yra nuolat tobulinamas.
2. Negrįžtamoji demagnetizacijos problema
Jei konstrukcija ar naudojimas netinkami, nuolatinio magneto variklis gali negrįžtamai išsimagnetinti, kai temperatūra yra per aukšta (NdFeB nuolatinis magnetas) arba per žema (feritinis nuolatinis magnetas), dėl smūginės srovės sukeltos armatūros reakcijos arba esant stipriai mechaninei vibracijai, dėl ko sumažėja variklio veikimas ir netgi jis tampa netinkamas naudoti. Todėl būtina ištirti ir sukurti metodus bei įtaisus, tinkamus variklių gamintojams, kad būtų galima patikrinti nuolatinio magneto medžiagų terminį stabilumą ir išanalizuoti įvairių konstrukcinių formų atsparumą išsimagnetinimui, kad projektuojant ir gaminant būtų galima imtis atitinkamų priemonių, siekiant užtikrinti, kad nuolatinio magneto variklis neprarastų magnetizmo.
3. Kainų problemos
Kadangi retųjų žemių nuolatiniai magnetai vis dar yra gana brangūs, retųjų žemių nuolatinių magnetų variklių kaina paprastai yra didesnė nei elektrinių sužadinimo variklių, o tai turi būti kompensuojama dideliu našumu ir eksploatavimo sąnaudų taupymu. Kai kuriais atvejais, pavyzdžiui, kompiuterių diskų įrenginių balso ritės varikliuose, NdFeB nuolatinių magnetų naudojimas pagerina našumą, žymiai sumažina tūrį ir masę bei bendras sąnaudas. Projektuojant būtina palyginti našumą ir kainą, atsižvelgiant į konkrečius naudojimo atvejus ir reikalavimus, taip pat diegti naujoves struktūriniuose procesuose ir optimizuoti projektus, siekiant sumažinti sąnaudas.
Anhui Mingteng nuolatinių magnetų elektromechaninė įranga, Ltd. (https://www.mingtengmotor.com/). Nuolatinio magneto variklio magnetinio plieno demagnetizacijos greitis yra ne didesnis kaip viena tūkstantoji per metus.
Mūsų įmonės nuolatinio magneto variklio rotoriaus nuolatinio magneto medžiaga yra sukepintas NdFeB su dideliu magnetinės energijos produktu ir dideliu vidiniu koerciniu krūviu, o įprastos rūšys yra N38SH, N38UH, N40UH, N42UH ir kt. Paimkime, pavyzdžiui, N38SH, mūsų įmonės dažniausiai naudojamą rūšį: 38- reiškia didžiausią magnetinės energijos produktą 38MGOe; SH reiškia maksimalų atsparumą temperatūrai 150 ℃. UH maksimalus atsparumas temperatūrai yra 180 ℃. Įmonė sukūrė profesionalius įrankius ir kreipiamuosius įtaisus magnetinio plieno surinkimui ir kokybiškai išanalizavo surinkto magnetinio plieno poliškumą, naudodama pagrįstas priemones, kad kiekvieno plyšio magnetinio plieno santykinė magnetinio srauto vertė būtų artima, o tai užtikrina magnetinės grandinės simetriją ir surinkto magnetinio plieno kokybę.
Autorių teisės: Šis straipsnis yra „WeChat“ viešojo numerio „šiandienos variklis“ perspausdinimas, originali nuoroda https://mp.weixin.qq.com/s/zZn3UsYZeDwicEDwIdsbPg
Šis straipsnis neatspindi mūsų įmonės požiūrio. Jei turite kitokią nuomonę ar požiūrį, prašome mus pataisyti!
Įrašo laikas: 2024 m. rugpjūčio 30 d.