Kalıcı mıknatıslı motorların gelişimi, kalıcı mıknatıs malzemelerinin gelişimiyle yakından ilişkilidir. Çin, kalıcı mıknatıs malzemelerinin manyetik özelliklerini keşfeden ve bunları pratikte uygulayan dünyadaki ilk ülkedir. 2.000 yıldan uzun bir süre önce Çin, kalıcı mıknatıs malzemelerinin manyetik özelliklerini pusula yapımında kullanmış ve bu pusulalar navigasyon, askeri ve diğer alanlarda büyük rol oynamış ve antik Çin'in dört büyük icadından biri haline gelmiştir.
1920'lerde ortaya çıkan dünyadaki ilk motor, uyarma manyetik alanları oluşturmak için kalıcı mıknatıslar kullanan kalıcı mıknatıslı bir motordu. Ancak o dönemde kullanılan kalıcı mıknatıs malzemesi, çok düşük manyetik enerji yoğunluğuna sahip doğal manyetit (Fe3O4) idi. Bu malzemeden üretilen motor büyük boyutluydu ve kısa süre sonra yerini elektrikli uyarma motoruna bıraktı.
Çeşitli motorların hızla gelişmesi ve güncel mıknatıslayıcıların icat edilmesiyle birlikte, insanlar kalıcı manyetik malzemelerin mekanizması, bileşimi ve üretim teknolojisi üzerinde derinlemesine araştırmalar yürütmüşler ve karbon çeliği, tungsten çeliği (maksimum manyetik enerji ürünü yaklaşık 2,7 kJ/m3) ve kobalt çeliği (maksimum manyetik enerji ürünü yaklaşık 7,2 kJ/m3) gibi çeşitli kalıcı manyetik malzemeler keşfetmişlerdir.
Özellikle 1930'larda alüminyum nikel kobalt kalıcı mıknatısların (maksimum manyetik enerji ürünü 85 kJ/m3'e ulaşabilir) ve 1950'lerde ferrit kalıcı mıknatısların (maksimum manyetik enerji ürünü 40 kJ/m3'e ulaşabilir) ortaya çıkması, manyetik özellikleri büyük ölçüde iyileştirmiş ve çeşitli mikro ve küçük motorlarda kalıcı mıknatıs uyarımı kullanılmaya başlanmıştır. Kalıcı mıknatıs motorlarının gücü birkaç miliwatt'tan onlarca kilowatt'a kadar değişmektedir. Askeri, endüstriyel ve tarımsal üretimde ve günlük yaşamda yaygın olarak kullanılmakta ve verimleri önemli ölçüde artmıştır.
Buna bağlı olarak, bu dönemde kalıcı mıknatıs motorlarının tasarım teorisi, hesaplama yöntemleri, mıknatıslanma ve üretim teknolojisinde çığır açan gelişmeler yaşanmış ve kalıcı mıknatıs çalışma diyagramı yöntemiyle temsil edilen bir dizi analiz ve araştırma yöntemi oluşturulmuştur. Ancak, AlNiCo kalıcı mıknatısların zorlayıcı kuvveti düşük (36-160 kA/m) ve ferrit kalıcı mıknatısların kalıcı manyetik yoğunluğu yüksek değildir (0,2-0,44 T), bu da motorlardaki uygulama alanlarını sınırlamaktadır.
Nadir toprak kobalt kalıcı mıknatıslar ve neodimyum demir bor kalıcı mıknatıslar (toplu olarak nadir toprak kalıcı mıknatıslar olarak anılırlar) ancak 1960'lar ve 1980'lerde birbiri ardına ortaya çıkmıştır. Yüksek kalıcı manyetik yoğunluk, yüksek zorlayıcı kuvvet, yüksek manyetik enerji ürünü ve doğrusal demanyetizasyon eğrisi gibi mükemmel manyetik özellikleri, motor üretimi için özellikle uygundur ve bu da kalıcı mıknatıslı motorların gelişimini yeni bir tarihsel döneme taşımıştır.
1. Kalıcı manyetik malzemeler
Motorlarda yaygın olarak kullanılan kalıcı mıknatıs malzemeleri arasında sinterlenmiş mıknatıslar ve yapıştırılmış mıknatıslar bulunur; başlıca türleri alüminyum nikel kobalt, ferrit, samaryum kobalt, neodim demir bor vb.'dir.
Alnico: Alnico kalıcı mıknatıs malzemesi, yaygın olarak kullanılan en eski kalıcı mıknatıs malzemelerinden biridir ve hazırlanma süreci ve teknolojisi nispeten gelişmiştir.
Kalıcı ferrit: Ferrit, 1950'lerde, özellikle de iyi koersivite ve manyetik enerji performansına sahip stronsiyum ferritin büyük miktarlarda üretilmeye başlandığı 1970'lerde yaygınlaşmaya başladı ve kalıcı ferritin kullanımı hızla yaygınlaştı. Metalik olmayan bir manyetik malzeme olan ferrit, kolay oksidasyon, düşük Curie sıcaklığı ve metal kalıcı mıknatıs malzemelerinin yüksek maliyeti gibi dezavantajlara sahip olmadığından oldukça popülerdir.
Samaryum kobalt: 1960'ların ortalarında ortaya çıkan, mükemmel manyetik özelliklere sahip kalıcı bir mıknatıs malzemesidir ve oldukça istikrarlı bir performansa sahiptir. Samaryum kobalt, manyetik özellikleri bakımından özellikle motor üretimi için uygundur, ancak yüksek fiyatı nedeniyle havacılık, uzay ve silah gibi askeri motorların ve yüksek performans ve fiyatın ana faktör olmadığı ileri teknoloji alanlarındaki motorların araştırma ve geliştirmesinde kullanılır.
NdFeB: NdFeB manyetik malzeme, neodimyum, demir oksit vb. alaşımından oluşan ve manyetik çelik olarak da bilinen bir malzemedir. Son derece yüksek manyetik enerji ürünü ve zorlayıcı kuvvete sahiptir. Aynı zamanda, yüksek enerji yoğunluğunun avantajları, NdFeB kalıcı mıknatıs malzemelerinin modern endüstri ve elektronik teknolojisinde yaygın olarak kullanılmasını sağlayarak, enstrümanlar, elektroakustik motorlar, manyetik ayırma ve mıknatıslama gibi ekipmanların minyatürleştirilmesini, hafifletilmesini ve inceltilmesini mümkün kılar. Yüksek miktarda neodimyum ve demir içerdiğinden paslanması kolaydır. Yüzey kimyasal pasivasyonu, günümüzde en iyi çözümlerden biridir.
Korozyon direnci, maksimum çalışma sıcaklığı, işleme performansı, manyetiklik giderme eğrisi şekli,
Motorlar için yaygın olarak kullanılan kalıcı mıknatıs malzemelerinin fiyat karşılaştırması (Şekil)
2.Manyetik çelik şekli ve toleransının motor performansına etkisi
1. Manyetik çelik kalınlığının etkisi
İç veya dış manyetik devre sabitlendiğinde, hava boşluğu azalır ve kalınlık arttıkça etkin manyetik akı artar. Bunun en belirgin göstergesi, aynı artık manyetizma altında yüksüz hızın ve yüksüz akımın azalması ve motorun maksimum veriminin artmasıdır. Ancak, motorun komütasyon titreşiminin artması ve motorun nispeten daha dik bir verim eğrisi gibi dezavantajları da vardır. Bu nedenle, titreşimi azaltmak için motor manyetik çeliğinin kalınlığı mümkün olduğunca tutarlı olmalıdır.
2.Manyetik çelik genişliğinin etkisi
Fırçasız motor mıknatıslarının birbirine yakın konumlandırılması durumunda, toplam kümülatif boşluk 0,5 mm'yi geçemez. Çok küçükse, monte edilemez. Çok büyükse, motor titreşir ve verimi düşürür. Bunun nedeni, mıknatısın konumunu ölçen Hall elemanının konumunun mıknatısın gerçek konumuna uymaması ve genişliğin tutarlı olması gerektiğidir; aksi takdirde motor düşük verimliliğe ve yüksek titreşime sahip olur.
Fırçalı motorlarda, mıknatıslar arasında mekanik komütasyon geçiş bölgesi için ayrılmış belirli bir boşluk bulunur. Boşluk olsa da, çoğu üretici, motor mıknatısının doğru montaj pozisyonunu garantilemek için montaj doğruluğunu garanti altına alan sıkı mıknatıs montaj prosedürlerine sahiptir. Mıknatıs genişliği bu değerden fazlaysa, mıknatıs takılmaz; mıknatıs genişliği çok küçükse, mıknatısın hizasız olmasına, motorun daha fazla titreşmesine ve verimliliğin düşmesine neden olur.
3. Manyetik çelik pah boyutunun ve pah dışı boyutunun etkisi
Pah kırılması yapılmazsa, motorun manyetik alanının kenarındaki manyetik alanın değişim hızı büyük olacak ve bu da motorun titreşimine neden olacaktır. Pah ne kadar büyükse, titreşim o kadar az olur. Ancak, pah kırma genellikle manyetik akıda belirli bir kayba neden olur. Bazı teknik özelliklerde, pah 0,8 olduğunda manyetik akı kaybı %0,5-1,5'tir. Düşük kalıntı manyetizmaya sahip fırçalı motorlarda, pah boyutunun uygun şekilde küçültülmesi kalıntı manyetizmayı telafi etmeye yardımcı olur, ancak motorun titreşimi artar. Genel olarak, kalıntı manyetizma düşük olduğunda, uzunluk yönündeki tolerans uygun şekilde genişletilebilir, bu da etkin manyetik akıyı belirli bir ölçüde artırabilir ve motorun performansını temelde değişmeden koruyabilir.
3. Kalıcı mıknatıslı motorlar hakkında notlar
1. Manyetik devre yapısı ve tasarım hesaplaması
Çeşitli kalıcı mıknatıs malzemelerinin, özellikle de nadir toprak kalıcı mıknatıslarının mükemmel manyetik özelliklerinin tam olarak ortaya konması ve uygun maliyetli kalıcı mıknatıs motorları üretilmesi için, geleneksel kalıcı mıknatıs motorlarının veya elektromanyetik uyarma motorlarının yapı ve tasarım hesaplama yöntemlerinin basitçe uygulanması mümkün değildir. Manyetik devre yapısını yeniden analiz etmek ve iyileştirmek için yeni tasarım konseptleri oluşturulmalıdır. Bilgisayar donanım ve yazılım teknolojisinin hızla gelişmesi ve elektromanyetik alan sayısal hesaplama, optimizasyon tasarımı ve simülasyon teknolojisi gibi modern tasarım yöntemlerinin sürekli iyileştirilmesiyle ve motor akademisyenleri ve mühendislik topluluklarının ortak çabalarıyla, kalıcı mıknatıs motorlarının tasarım teorisinde, hesaplama yöntemlerinde, yapısal süreçlerinde ve kontrol teknolojilerinde çığır açan gelişmeler kaydedilmiş, elektromanyetik alan sayısal hesaplama ve eşdeğer manyetik devre analitik çözümünü birleştiren eksiksiz bir analiz ve araştırma yöntemleri ve bilgisayar destekli analiz ve tasarım yazılımı seti oluşturulmuş ve sürekli olarak iyileştirilmektedir.
2. Geri döndürülemez manyetiklik kaybı sorunu
Tasarım veya kullanım uygunsuzsa, kalıcı mıknatıslı motor, sıcaklık çok yüksek (NdFeB kalıcı mıknatıs) veya çok düşük (ferrit kalıcı mıknatıs) olduğunda, darbe akımının neden olduğu armatür reaksiyonu altında veya şiddetli mekanik titreşim altında geri döndürülemez bir manyetiklik kaybına veya manyetiklik kaybına neden olabilir. Bu durum, motorun performansını düşürecek ve hatta kullanılamaz hale getirecektir. Bu nedenle, motor üreticilerinin kalıcı mıknatıs malzemelerinin termal kararlılığını kontrol etmek ve çeşitli yapısal formların manyetiklik giderme yeteneklerini analiz etmek için uygun yöntem ve cihazları inceleyip geliştirmeleri ve böylece tasarım ve üretim sırasında kalıcı mıknatıslı motorun manyetizmasını kaybetmemesini sağlayacak uygun önlemlerin alınması gerekmektedir.
3.Maliyet Sorunları
Nadir toprak kalıcı mıknatısları hala nispeten pahalı olduğundan, nadir toprak kalıcı mıknatıs motorlarının maliyeti genellikle elektrikli uyarma motorlarından daha yüksektir ve bu durumun yüksek performansı ve işletme maliyetlerinden sağladığı tasarrufla telafi edilmesi gerekir. Bilgisayar disk sürücüleri için ses bobini motorları gibi bazı durumlarda, NdFeB kalıcı mıknatısların kullanımı performansı artırır, hacim ve kütleyi önemli ölçüde azaltır ve toplam maliyetleri düşürür. Tasarım yaparken, belirli kullanım durumlarına ve gereksinimlerine göre performans ve fiyat karşılaştırması yapmak, yapısal süreçleri yenilemek ve maliyetleri düşürmek için tasarımları optimize etmek gerekir.
Anhui Mingteng Kalıcı Mıknatıs Elektromekanik Ekipman Co., Ltd. (https://www.mingtengmotor.com/). Kalıcı mıknatıslı motor manyetik çeliğinin demanyetizasyon oranı yılda binde birden fazla değildir.
Şirketimizin kalıcı mıknatıslı motor rotorunun kalıcı mıknatıs malzemesi, yüksek manyetik enerji ürünü ve yüksek içsel koersivite sinterlenmiş NdFeB'den üretilmiştir ve geleneksel kaliteler N38SH, N38UH, N40UH, N42UH vb.'dir. Şirketimizin yaygın olarak kullandığı bir kalite olan N38SH'yi örnek olarak ele alalım: 38-, 38MGOe'nin maksimum manyetik enerji ürününü temsil eder; SH, 150℃'lik maksimum sıcaklık direncini temsil eder. UH, 180℃'lik maksimum sıcaklık direncine sahiptir. Şirket, manyetik çelik montajı için profesyonel takımlar ve kılavuz fikstürleri tasarlamış ve monte edilmiş manyetik çeliğin polaritesini makul yöntemlerle nitel olarak analiz etmiştir, böylece her yuva manyetik çeliğinin bağıl manyetik akı değeri birbirine yakın olur ve bu da manyetik devrenin simetrisini ve manyetik çelik montajının kalitesini sağlar.
Telif Hakkı: Bu makale, WeChat'in halka açık numarası olan "bugünün motoru"nun yeniden basımıdır, orijinal bağlantı https://mp.weixin.qq.com/s/zZn3UsYZeDwicEDwIdsbPg
Bu makale şirketimizin görüşlerini yansıtmamaktadır. Farklı görüş veya düşünceleriniz varsa lütfen düzeltin!
Gönderi zamanı: 30 Ağustos 2024