Motor e imán permanente

Los motores de imanes permanentes utilizan imanes permanentes para generar el campo magnético del motor, sin la necesidad de bobinas de excitación o corriente de excitación. En comparación con los motores de excitación eléctricos tradicionales, tiene ventajas significativas como alta eficiencia y estructura simple. Las aplicaciones de los motores de imanes permanentes son extremadamente amplias y abarcan casi todos los campos de la industria aeroespacial, la defensa nacional, la producción industrial y agrícola y la vida diaria. Con el desarrollo de materiales de imanes permanentes de alto rendimiento y el rápido desarrollo de la tecnología de control, la aplicación de motores de imanes permanentes se volverá más extensa. Hoy lo llevaré a comprender el impacto del rendimiento de los motores de imán permanente y los materiales de imán permanente en el motor.

Principio y estructura del motor de imán permanente.

Todo el mundo sabe que existen muchos tipos de motores, pero los principios básicos son la aplicación del electromagnetismo y la inducción electromagnética para realizar la conversión de energía eléctrica y energía cinética. Si desea saber más sobre los principios básicos y la estructura de los motores, puede hacer clic para ver los principios básicos y la estructura básica. Hoy, tomaremos el motor de CC de imán permanente y el motor síncrono de imán permanente como ejemplos para darle una breve introducción al motor de imán permanente.

  1. Motor DC de imán permanente

El principio de funcionamiento y la estructura del motor de CC de imán permanente son similares a los del motor de CC ordinario, excepto que el polo de imán permanente se utiliza para reemplazar el polo magnético excitado por la corriente. El método de conmutación se puede dividir en motor de escobillas y motor sin escobillas. La conmutación electrónica.

Tomando un motor de escobillas de CC como ejemplo, los polos magnéticos de los imanes permanentes están dispuestos en la misma circunferencia, y las líneas azules de la fuerza magnética representan el circuito magnético del motor.

El rotor del motor de CC con escobillas de imán permanente está compuesto por el núcleo del rotor, el devanado del rotor, el conmutador y el eje giratorio, que es el mismo que el rotor de un motor de CC común. Inserte el conjunto de rotor y cepillo en el estator para formar un motor de CC de imán permanente.

Los motores de CC de imán permanente de pequeña y mediana potencia se utilizan ampliamente en bicicletas eléctricas, motocicletas eléctricas y scooters.

  1. Motor síncrono de imán permanente

En los últimos años, los motores síncronos de imanes permanentes se han desarrollado rápidamente, lo que se caracteriza por un alto factor de potencia y alta eficiencia. Ha reemplazado gradualmente a los motores asíncronos de CA comúnmente utilizados en muchas ocasiones. Entre ellos, los motores síncronos de imán permanente de arranque asíncrono tienen un rendimiento excelente y son un motor de ahorro de energía muy bueno y prometedor. La estructura del estator y el principio de funcionamiento del motor síncrono de imanes permanentes son los mismos que los del motor asíncrono de CA. La diferencia con el motor asíncrono ordinario radica en la estructura del rotor. El rotor está equipado con polos de imanes permanentes y los imanes permanentes están dispuestos en varias posiciones en el rotor.

El desarrollo de motores de imanes permanentes está estrechamente relacionado con el desarrollo de materiales de imanes permanentes.

El primer motor del mundo que apareció en la década de 1920 fue un motor de imán permanente que generaba un campo magnético de excitación a partir de imanes permanentes. Sin embargo, el material de imán permanente utilizado en ese momento era magnetita natural (Fe3O4) y la densidad de energía magnética era muy baja. El motor fabricado con él era voluminoso y pronto fue reemplazado por un motor de excitación eléctrico.

Con el rápido desarrollo de varios motores y la invención de magnetizadores de corriente, las personas han realizado una investigación en profundidad sobre el mecanismo, la composición y la tecnología de fabricación de materiales magnéticos permanentes, y han descubierto sucesivamente una variedad de materiales magnéticos permanentes como el acero al carbono, acero de tungsteno y acero al cobalto. . Especialmente los imanes permanentes de aluminio-níquel-cobalto que aparecieron en la década de 1930 y los imanes permanentes de ferrita que aparecieron en la década de 1950 han mejorado enormemente sus propiedades magnéticas, y varios micro y pequeños motores han utilizado imanes permanentes para la excitación. Sin embargo, la fuerza coercitiva de los imanes permanentes de AlNiCo es baja y la densidad de remanencia de los imanes permanentes de ferrita no es alta, lo que limita su rango de aplicación en motores. Hasta las décadas de 1960 y 1980, los imanes permanentes de samario-cobalto y los materiales de imanes permanentes de neodimio-hierro-boro aparecieron sucesivamente. Su alta densidad magnética residual, alta coercitividad, producto de alta energía magnética y curva de desmagnetización lineal son particularmente adecuados para excelentes propiedades magnéticas. Fabricar motores, por lo que el desarrollo de motores de imanes permanentes ha entrado en un nuevo período histórico.

Relación entre el rendimiento del acero magnético y el rendimiento del motor

  1. Influencia de la remanencia

Para motores de CC, bajo los mismos parámetros de bobinado y condiciones de prueba, cuanto mayor sea la remanencia, menor será la velocidad sin carga y menor la corriente sin carga; cuanto mayor sea el par máximo, mayor será la eficiencia del punto de mayor eficiencia. En la prueba real, el nivel de velocidad sin carga y el tamaño del par máximo se utilizan generalmente para juzgar el estándar de remanencia del acero magnético.

Para los mismos parámetros de bobinado y parámetros eléctricos, la razón por la cual cuanto mayor es la remanencia, menor es la velocidad sin carga y menor es la corriente sin carga, porque el motor en funcionamiento tiene un sentido inverso suficiente a una velocidad relativamente baja. El voltaje generado reduce la suma algebraica de la fuerza electromotriz aplicada al devanado.

  1. La influencia de la coercitividad

Durante el funcionamiento del motor, siempre existe la influencia de la temperatura y la desmagnetización inversa. Desde la perspectiva del diseño del motor, cuanto mayor es la fuerza coercitiva, menor es la dirección del grosor del imán, y cuanto menor es la fuerza coercitiva, mayor es la dirección del grosor del imán. Pero después de que el acero magnético excede cierta fuerza coercitiva, es inútil, porque otros componentes del motor no pueden funcionar de manera estable a esa temperatura. La fuerza coercitiva es suficiente para satisfacer la demanda. Tomando la demanda bajo las condiciones experimentales recomendadas como estándar, no hay necesidad de desperdiciar recursos.

  1. La influencia de la cuadratura

La cuadratura solo afecta la rectitud de la curva de eficiencia de la prueba de rendimiento del motor. Aunque la rectitud de la curva de eficiencia del motor no se ha incluido como un índice estándar importante, es muy importante para la distancia continua del motor de cubo en condiciones naturales de la carretera. importante. Debido a las diferentes condiciones de la carretera, el motor no siempre puede funcionar al punto de máxima eficiencia, que es una de las razones por las que la eficiencia máxima de algunos motores no es alta y la distancia de funcionamiento está muy lejos. Para un buen motor de cubo, no solo la eficiencia máxima debe ser alta, sino que también la curva de eficiencia debe ser lo más nivelada posible. Cuanto menor sea la pendiente de la reducción de la eficiencia, mejor. A medida que el mercado, la tecnología y los estándares de los motores en las ruedas maduren, gradualmente se convertirá en un estándar importante.

  1. El impacto de la consistencia del desempeño

Magnetismo residual inconsistente: incluso el individuo con un rendimiento particularmente alto no es bueno. Debido a la inconsistencia del flujo magnético en cada sección del campo magnético unidireccional, el par es asimétrico y se producen vibraciones.

Inconsistencia de la fuerza coercitiva: en particular, la fuerza coercitiva de los productos individuales es demasiado baja, es fácil producir una desmagnetización inversa, lo que resulta en la inconsistencia del flujo magnético de cada acero magnético y la vibración del motor. Este efecto es más significativo para los motores sin escobillas.

Influencia de la forma y tolerancia del acero magnético en el rendimiento del motor

  1. La influencia del grosor del imán

En el caso de bobinas magnéticas internas o externas fijas, cuando aumenta el espesor, el espacio de aire disminuye y aumenta el flujo magnético efectivo. El rendimiento obvio es que el mismo magnetismo residual reduce la velocidad sin carga, la corriente sin carga disminuye y la eficiencia máxima del motor mejora. Sin embargo, también existen desventajas, como una mayor vibración de conmutación del motor y la curva de eficiencia del motor se vuelve relativamente empinada. Por lo tanto, el grosor del imán del motor debe ser lo más uniforme posible para reducir la vibración.

  1. El efecto del ancho del imán.

Para imanes de motor sin escobillas compactos, el espacio acumulado total no puede superar los 0.5 mm. Si es demasiado pequeño, no se puede instalar. Si es demasiado pequeño, la vibración y la eficiencia del motor se reducirán. Esto se debe a que la posición y el magnético del elemento Hall que mide la posición del imán no se corresponde con la posición real del acero, y se debe garantizar la consistencia del ancho, de lo contrario la eficiencia del motor es baja y la vibración es grande.

Para los motores con escobillas, existe un cierto espacio entre el acero magnético, que se reserva para la zona de transición de conmutación mecánica. Aunque hay un espacio, la mayoría de los fabricantes tienen estrictos procedimientos de instalación de acero magnético para garantizar la precisión de la instalación con el fin de garantizar la posición de instalación del acero magnético del motor. Si se excede el ancho del acero magnético, no se instalará; si el ancho del acero magnético es demasiado pequeño, resultará en una desalineación del acero magnético, aumentará la vibración del motor y reducirá la eficiencia.

  1. Tamaño del chaflán magnético y efecto de no chaflán

Sin achaflanado, la tasa de cambio del campo magnético en el borde del campo magnético del motor es grande, lo que provoca la pulsación del motor. Cuanto mayor sea el chaflán, menor será la vibración. Sin embargo, el achaflanado generalmente tiene una cierta pérdida de flujo magnético. Para algunas especificaciones, cuando el achaflanado alcanza 0.8, la pérdida de flujo magnético es de 0.5 ~ 1.5%. Cuando el magnetismo residual del motor con escobillas es bajo, es útil reducir adecuadamente el tamaño del chaflán para compensar el magnetismo residual, pero la pulsación del motor aumenta. En general, cuando la remanencia es baja, la tolerancia en la dirección de la longitud se puede ampliar de manera apropiada, lo que puede aumentar el flujo magnético efectivo hasta cierto punto, de modo que el rendimiento del motor básicamente no cambia.