Распрацоўка рухавікоў з пастаяннымі магнітамі цесна звязана з распрацоўкай матэрыялаў з пастаяннымі магнітамі. Кітай — першая краіна ў свеце, якая адкрыла магнітныя ўласцівасці матэрыялаў з пастаяннымі магнітамі і ўжыла іх на практыцы. Больш за 2000 гадоў таму Кітай выкарыстаў магнітныя ўласцівасці матэрыялаў з пастаяннымі магнітамі для вырабу компаса, які адыграў велізарную ролю ў навігацыі, ваеннай справе і іншых галінах і стаў адным з чатырох найвялікшых вынаходніцтваў старажытнага Кітая.
Першы ў свеце рухавік, які з'явіўся ў 1920-х гадах, быў рухавіком з пастаяннымі магнітамі, які выкарыстоўваў пастаянныя магніты для стварэння магнітных палёў узбуджэння. Аднак матэрыялам для пастаянных магнітаў, які выкарыстоўваўся ў той час, быў прыродны магнетыт (Fe3O4), які меў вельмі нізкую шчыльнасць магнітнай энергіі. Рухавік, зроблены з яго, меў вялікія памеры і неўзабаве быў заменены электрычным рухавіком узбуджэння.
З хуткім развіццём розных рухавікоў і вынаходніцтвам сучасных намагнічвальнікаў, людзі правялі паглыбленыя даследаванні механізму, складу і тэхналогіі вырабу пастаянных магнітных матэрыялаў і паслядоўна адкрылі розныя пастаянныя магнітныя матэрыялы, такія як вугляродзістая сталь, вальфрамавая сталь (максімальны прадукт магнітнай энергіі каля 2,7 кДж/м3) і кобальтавая сталь (максімальны прадукт магнітнай энергіі каля 7,2 кДж/м3).
У прыватнасці, з'яўленне ў 1930-х гадах пастаянных магнітаў з алюмінію, нікеля і кобальту (максімальны прадукт магнітнай энергіі можа дасягаць 85 кДж/м3) і ферытавых пастаянных магнітаў у 1950-х гадах (максімальны прадукт магнітнай энергіі можа дасягаць 40 кДж/м3) значна палепшыла магнітныя ўласцівасці, і розныя мікра- і малыя рухавікі пачалі выкарыстоўваць узбуджэнне пастаяннымі магнітамі. Магутнасць рухавікоў з пастаяннымі магнітамі вагаецца ад некалькіх міліват да дзясяткаў кілават. Яны шырока выкарыстоўваюцца ў ваеннай, прамысловай і сельскагаспадарчай вытворчасці, а таксама ў паўсядзённым жыцці, і іх прадукцыйнасць значна павялічылася.
Адпаведна, за гэты перыяд былі дасягнуты прарывы ў тэорыі праектавання, метадах разліку, намагнічванні і тэхналогіі вырабу рухавікоў з пастаяннымі магнітамі, што прывяло да стварэння набору метадаў аналізу і даследавання, прадстаўленых метадам дыяграмы працы пастаянных магнітаў. Аднак каэрцытыўная сіла пастаянных магнітаў AlNiCo нізкая (36-160 кА/м), а рэшткавая магнітная шчыльнасць ферытавых пастаянных магнітаў не высокая (0,2-0,44 Тл), што абмяжоўвае дыяпазон іх прымянення ў рухавіках.
Толькі ў 1960-х і 1980-х гадах адзін за адным з'явіліся пастаянныя магніты з рэдказямельнага кобальту і пастаянныя магніты з неадыму і жалеза-бору (усе разам называюцца пастаяннымі магнітамі рэдказямельных элементаў). Іх выдатныя магнітныя ўласцівасці, такія як высокая рэшткавая магнітная шчыльнасць, высокая каэрцытыўная сіла, высокі энергетычны прадукт магнітнага поля і лінейная крывая размагнічвання, асабліва падыходзяць для вытворчасці рухавікоў, што адкрыла новы гістарычны перыяд у развіцці рухавікоў з пастаяннымі магнітамі.
1. Пастаянныя магнітныя матэрыялы
Пастаянныя магнітныя матэрыялы, якія звычайна выкарыстоўваюцца ў рухавіках, уключаюць спечаныя магніты і звязаныя магніты, асноўнымі тыпамі якіх з'яўляюцца алюміній, нікель, кобальт, ферыт, самарый, кобальт, неадым, жалеза, бор і г.д.
Alnico: Матэрыял з пастаянных магнітаў Alnico з'яўляецца адным з самых ранніх шырока выкарыстоўваных матэрыялаў з пастаянных магнітаў, а працэс яго падрыхтоўкі і тэхналогія адносна дасканалыя.
Пастаянны ферыт: У 1950-х гадах ферыт пачаў квітнець, асабліва ў 1970-х гадах, калі стронцый ферыт з добрай каэрцытыўнай сілай і магнітнымі характарыстыкамі быў запушчаны ў вытворчасць у вялікіх колькасцях, што хутка пашырыла выкарыстанне пастаяннага ферыту. Як неметалічны магнітны матэрыял, ферыт не мае недахопаў лёгкага акіслення, нізкай тэмпературы Кюры і высокага кошту металічных пастаянных магнітных матэрыялаў, таму ён вельмі папулярны.
Самарый-кобальт: пастаянны магнітны матэрыял з выдатнымі магнітнымі ўласцівасцямі, які з'явіўся ў сярэдзіне 1960-х гадоў і мае вельмі стабільныя характарыстыкі. Самарый-кобальт асабліва падыходзіць для вырабу рухавікоў з пункту гледжання магнітных уласцівасцей, але з-за высокай цаны ён у асноўным выкарыстоўваецца ў даследаваннях і распрацоўках ваенных рухавікоў, такіх як авіяцыя, аэракасмічная прамысловасць і зброя, а таксама рухавікоў у высокатэхналагічных галінах, дзе высокая прадукцыйнасць і цана не з'яўляюцца галоўнымі фактарамі.
NdFeB: магнітны матэрыял NdFeB — гэта сплаў неадыму, аксіду жалеза і г.д., таксама вядомы як магнітная сталь. Ён мае надзвычай высокі прадукт магнітнай энергіі і каэрцытыўную сілу. У той жа час перавагі высокай шчыльнасці энергіі робяць пастаянныя магнітныя матэрыялы NdFeB шырока выкарыстоўванымі ў сучаснай прамысловасці і электронных тэхналогіях, што дазваляе мініяцюрызаваць, палягчаць і ўтанчваць абсталяванне, такое як прыборы, электраакустычныя рухавікі, магнітнае падзеленне і намагнічванне. Паколькі ён утрымлівае вялікую колькасць неадыму і жалеза, ён лёгка іржавее. Павярхоўная хімічная пасівацыя з'яўляецца адным з найлепшых рашэнняў у цяперашні час.
Устойлівасць да карозіі, максімальная рабочая тэмпература, прадукцыйнасць апрацоўкі, форма крывой размагнічвання,
і параўнанне цэн на найбольш распаўсюджаныя матэрыялы з пастаяннымі магнітамі для рухавікоў (малюнак)
2.Уплыў формы і дапушчальнага памеру магнітнай сталі на прадукцыйнасць рухавіка
1. Уплыў таўшчыні магнітнай сталі
Калі ўнутраны або знешні магнітны контур фіксаваны, паветраны зазор памяншаецца, а эфектыўны магнітны паток павялічваецца пры павелічэнні таўшчыні. Відавочным праяўленнем з'яўляецца тое, што хуткасць халастога ходу памяншаецца, а ток халастога ходу памяншаецца пры тым жа рэшткавым магнетызме, і максімальны ККД рухавіка павялічваецца. Аднак ёсць і недахопы, такія як павелічэнне камутацыйнай вібрацыі рухавіка і адносна больш крутая крывая ККД рухавіка. Такім чынам, таўшчыня магнітнай сталі рухавіка павінна быць максімальна аднастайнай, каб паменшыць вібрацыю.
2. Уплыў шырыні магнітнай сталі
Для магнітаў бесшчоткавага рухавіка, размешчаных зблізку адзін ад аднаго, агульны сукупны зазор не можа перавышаць 0,5 мм. Калі ён занадта малы, рухавік не будзе ўсталяваны. Калі ён занадта вялікі, рухавік будзе вібраваць і зніжаць эфектыўнасць. Гэта адбываецца таму, што становішча элемента Хола, які вымярае становішча магніта, не адпавядае фактычнаму становішчу магніта, і шырыня павінна быць аднолькавай, інакш рухавік будзе мець нізкую эфектыўнасць і вялікую вібрацыю.
У шчоткавых рухавіках паміж магнітамі ёсць пэўная адлегласць, якая прызначана для пераходнай зоны механічнай камутацыі. Нягледзячы на наяўнасць адлегласць, большасць вытворцаў маюць строгія працэдуры ўстаноўкі магнітаў, каб забяспечыць дакладнасць усталёўкі і правільнае становішча магніта рухавіка. Калі шырыня магніта перавышае шырыню, ён не будзе ўсталяваны; калі шырыня магніта занадта малая, гэта прывядзе да няправільнага выраўноўвання магніта, рухавік будзе больш вібраваць і эфектыўнасць знізіцца.
3. Уплыў памеру фаскі магнітнай сталі і адсутнасці фаскі
Калі фаска не зроблена, хуткасць змены магнітнага поля на краі магнітнага поля рухавіка будзе вялікай, што прывядзе да пульсацыі рухавіка. Чым большая фаска, тым меншая вібрацыя. Аднак, фаска звычайна выклікае пэўныя страты магнітнага патоку. Для некаторых спецыфікацый страты магнітнага патоку складаюць 0,5~1,5% пры фасцы 0,8. Для шчотачных рухавікоў з нізкім рэшткавым магнетызмам адпаведнае памяншэнне памеру фаскі дапаможа кампенсаваць рэшткавы магнетызм, але пульсацыя рухавіка павялічыцца. У цэлым, калі рэшткавы магнетызм нізкі, дапушчальнае адхіленне ў напрамку даўжыні можна адпаведна павялічыць, што можа да пэўнай ступені павялічыць эфектыўны магнітны паток і захаваць прадукцыйнасць рухавіка практычна нязменнай.
3. Заўвагі па рухавіках з пастаяннымі магнітамі
1. Разлік структуры і канструкцыі магнітнага ланцуга
Каб у поўнай меры выкарыстаць магнітныя ўласцівасці розных матэрыялаў з пастаяннымі магнітамі, асабліва выдатныя магнітныя ўласцівасці рэдказямельных пастаянных магнітаў, і вырабляць эканамічна эфектыўныя рухавікі з пастаяннымі магнітамі, немагчыма проста прымяніць метады разліку структуры і канструкцыі традыцыйных рухавікоў з пастаяннымі магнітамі або рухавікоў з электрамагнітным узбуджэннем. Неабходна распрацаваць новыя канцэпцыі праектавання для паўторнага аналізу і ўдасканалення структуры магнітнага ланцуга. З хуткім развіццём камп'ютэрных тэхналогій апаратнага і праграмнага забеспячэння, а таксама з пастаянным удасканаленнем сучасных метадаў праектавання, такіх як лікавы разлік электрамагнітнага поля, тэхналогіі аптымізацыі праектавання і мадэлявання, і дзякуючы сумесным намаганням акадэмічных і інжынерных супольнасцей у галіне рухавікоў былі дасягнуты прарывы ў тэорыі праектавання, метадах разліку, структурных працэсах і тэхналогіях кіравання рухавікамі з пастаяннымі магнітамі, што прывяло да стварэння поўнага набору метадаў аналізу і даследавання, а таксама праграмнага забеспячэння для камп'ютэрнага аналізу і праектавання, якія спалучаюць лікавы разлік электрамагнітнага поля і аналітычнае рашэнне эквівалентнага магнітнага ланцуга, і пастаянна ўдасканальваюцца.
2. Праблема незваротнага размагнічвання
Калі канструкцыя або выкарыстанне няправільныя, рухавік з пастаяннымі магнітамі можа прывесці да незваротнага размагнічвання або размагнічвання пры занадта высокай (пастаянны магніт NdFeB) або занадта нізкай тэмпературы (пастаянны магніт з ферыту), пад уздзеяннем рэакцыі якара, выкліканай ударным токам, або пры моцнай механічнай вібрацыі, што прывядзе да зніжэння прадукцыйнасці рухавіка і нават да яго непрыдатнасці для выкарыстання. Таму неабходна вывучаць і распрацоўваць метады і прылады, прыдатныя для вытворцаў рухавікоў, для праверкі тэрмічнай стабільнасці матэрыялаў з пастаяннымі магнітамі, а таксама аналізаваць здольнасць розных структурных формаў супраць размагнічвання, каб падчас праектавання і вытворчасці можна было прыняць адпаведныя меры, каб гарантаваць, што рухавік з пастаяннымі магнітамі не страціць магнетызм.
3. Праблемы з коштам
Паколькі пастаянныя магніты з рэдказямельных элементаў усё яшчэ адносна дарагія, кошт рухавікоў з пастаяннымі магнітамі з рэдказямельных элементаў звычайна вышэйшы, чым у рухавікоў з электрычным узбуджэннем, што павінна кампенсавацца высокай прадукцыйнасцю і эканоміяй эксплуатацыйных выдаткаў. У некаторых выпадках, такіх як рухавікі з галасавой шпулькай для камп'ютэрных дыскаводаў, выкарыстанне пастаянных магнітаў NdFeB паляпшае прадукцыйнасць, значна памяншае аб'ём і масу, а таксама зніжае агульныя выдаткі. Пры праектаванні неабходна параўноўваць прадукцыйнасць і цану ў залежнасці ад канкрэтных выпадкаў выкарыстання і патрабаванняў, а таксама ўкараняць інавацыі ў структурныя працэсы і аптымізаваць канструкцыі для зніжэння выдаткаў.
ТАА «Аньхой Мінтэнг», электрамеханічнае абсталяванне з пастаяннымі магнітамі (https://www.mingtengmotor.com/). Хуткасць размагнічвання магнітнай сталі рухавіка з пастаяннымі магнітамі не перавышае адной тысячнай у год.
Матэрыял пастаяннага магніта для ротара рухавіка з пастаяннымі магнітамі нашай кампаніі выкарыстоўвае спечаны NdFeB з высокім прадуктам магнітнай энергіі і высокай унутранай каэрцытыўнай сілай, а традыцыйныя маркі - N38SH, N38UH, N40UH, N42UH і г.д. Возьмем, напрыклад, N38SH, распаўсюджаную марку нашай кампаніі: 38- азначае максімальны прадукт магнітнай энергіі 38MGOe; SH азначае максімальную тэрмаўстойлівасць 150℃. UH мае максімальную тэрмаўстойлівасць 180℃. Кампанія распрацавала прафесійныя інструменты і накіроўвалыя прыстасаванні для зборкі магнітнай сталі, а таксама якасна прааналізавала палярнасць сабранай магнітнай сталі з разумнымі сродкамі, так што адноснае значэнне магнітнага патоку кожнай шчыліны магнітнай сталі блізкае, што забяспечвае сіметрыю магнітнага ланцуга і якасць зборкі магнітнай сталі.
Аўтарскае права: Гэты артыкул з'яўляецца перадрукам публічнага нумара WeChat «Today's Motor», арыгінальная спасылка https://mp.weixin.qq.com/s/zZn3UsYZeDwicEDwIdsbPg
Гэты артыкул не адлюстроўвае погляды нашай кампаніі. Калі ў вас ёсць іншыя меркаванні ці погляды, калі ласка, папраўце нас!
Час публікацыі: 30 жніўня 2024 г.