Motore e magnete permanente

I motori a magneti permanenti utilizzano magneti permanenti per generare il campo magnetico del motore, senza la necessità di bobine di eccitazione o corrente di eccitazione. Rispetto ai tradizionali motori elettrici ad eccitazione, presenta vantaggi significativi quali alta efficienza e struttura semplice. Le applicazioni dei motori a magneti permanenti sono estremamente ampie e coprono quasi tutti i settori dell'aerospaziale, della difesa nazionale, della produzione industriale e agricola e della vita quotidiana. Con lo sviluppo di materiali a magneti permanenti ad alte prestazioni e il rapido sviluppo della tecnologia di controllo, l'applicazione dei motori a magneti permanenti diventerà più ampia. Oggi ti porterò a capire l'impatto delle prestazioni dei motori a magneti permanenti e dei materiali a magneti permanenti sul motore.

Principio e struttura del motore a magneti permanenti

Tutti sanno che esistono molti tipi di motori, ma i principi di base sono l'applicazione dell'elettromagnetismo e dell'induzione elettromagnetica per realizzare la conversione di energia elettrica ed energia cinetica. Se vuoi saperne di più sui principi di base e sulla struttura dei motori, puoi fare clic per visualizzare i principi di base e la struttura di base. Oggi, prenderemo come esempi il motore CC a magneti permanenti e il motore sincrono a magneti permanenti per darvi una breve introduzione al motore a magneti permanenti.

  1. Motore DC a magnete permanente

Il principio di funzionamento e la struttura del motore CC a magneti permanenti sono simili al normale motore CC, tranne per il fatto che il polo a magneti permanenti viene utilizzato per sostituire il polo magnetico eccitato dalla corrente. Il metodo di commutazione può essere suddiviso in motore a spazzole e motore senza spazzole. La commutazione elettronica.

Prendendo come esempio un motore a spazzole CC, i poli magnetici dei magneti permanenti sono disposti sulla stessa circonferenza e le linee blu della forza magnetica rappresentano il circuito magnetico del motore.

Il rotore del motore CC con spazzole a magneti permanenti è composto dal nucleo del rotore, dall'avvolgimento del rotore, dal commutatore e dall'albero rotante, che è lo stesso del rotore di un comune motore CC. Inserire il rotore e il gruppo spazzole nello statore per formare un motore CC a magneti permanenti.

I motori CC a magneti permanenti di piccola e media potenza sono ampiamente utilizzati in biciclette elettriche, motociclette elettriche e scooter.

  1. Motore sincrono a magneti permanenti

Negli ultimi anni, i motori sincroni a magneti permanenti si sono sviluppati rapidamente, caratterizzati da un elevato fattore di potenza e da un'elevata efficienza. Ha gradualmente sostituito i motori asincroni AC comunemente usati in molte occasioni. Tra questi, i motori sincroni a magneti permanenti con avviamento asincrono hanno prestazioni eccellenti e sono un ottimo motore a risparmio energetico promettente. La struttura dello statore e il principio di funzionamento del motore sincrono a magneti permanenti sono gli stessi del motore asincrono AC. La differenza dal normale motore asincrono risiede nella struttura del rotore. Il rotore è dotato di poli a magneti permanenti ei magneti permanenti sono disposti in varie posizioni nel rotore.

Lo sviluppo di motori a magneti permanenti è strettamente correlato allo sviluppo di materiali a magneti permanenti

Il primo motore al mondo apparso negli anni '1920 era un motore a magneti permanenti che generava un campo magnetico di eccitazione da magneti permanenti. Tuttavia, il materiale del magnete permanente utilizzato all'epoca era la magnetite naturale (Fe3O4) e la densità di energia magnetica era molto bassa. Il motore realizzato era ingombrante e fu presto sostituito da un motore elettrico ad eccitazione.

Con il rapido sviluppo di vari motori e l'invenzione degli attuali magnetizzatori, le persone hanno condotto ricerche approfondite sul meccanismo, la composizione e la tecnologia di produzione dei materiali magnetici permanenti e hanno successivamente scoperto una varietà di materiali magnetici permanenti come l'acciaio al carbonio, acciaio al tungsteno e acciaio al cobalto. . Soprattutto i magneti permanenti in alluminio-nichel-cobalto che apparvero negli anni '1930 e i magneti permanenti in ferrite che apparvero negli anni '1950 hanno notevolmente migliorato le loro proprietà magnetiche e vari micro e piccoli motori hanno utilizzato magneti permanenti per l'eccitazione. Tuttavia, la forza coercitiva dei magneti permanenti AlNiCo è bassa e la densità di rimanenza dei magneti permanenti in ferrite non è elevata, il che limita il loro campo di applicazione nei motori. Fino agli anni '1960 e '1980 sono usciti in successione magneti permanenti samario-cobalto e magneti permanenti neodimio-ferro-boro. La loro elevata densità magnetica residua, elevata coercitività, prodotto ad alta energia magnetica e curva di smagnetizzazione lineare sono particolarmente adatti per eccellenti proprietà magnetiche. Produrre motori, in modo che lo sviluppo dei motori a magneti permanenti sia entrato in un nuovo periodo storico.

Relazione tra prestazioni dell'acciaio magnetico e prestazioni del motore

  1. Influence of remanence

Per i motori CC, a parità di parametri di avvolgimento e condizioni di prova, maggiore è la rimanenza, minore è la velocità a vuoto e minore è la corrente a vuoto; maggiore è la coppia massima, maggiore è l'efficienza del punto di massima efficienza. Nella prova effettiva, il livello di velocità a vuoto e la dimensione della coppia massima vengono generalmente utilizzati per giudicare lo standard di rimanenza dell'acciaio magnetico.

Per gli stessi parametri di avvolgimento e parametri elettrici, il motivo per cui maggiore è la rimanenza, minore è la velocità a vuoto e minore è la corrente a vuoto, perché il motore in funzione ha un senso inverso sufficiente a una velocità relativamente bassa. la tensione generata riduce la somma algebrica della forza elettromotrice applicata all'avvolgimento.

  1. L'influenza della coercitività

Durante il funzionamento del motore, c'è sempre l'influenza della temperatura e della smagnetizzazione inversa. Dal punto di vista della progettazione del motore, maggiore è la forza coercitiva, minore è la direzione dello spessore del magnete e minore è la forza coercitiva, maggiore è la direzione dello spessore del magnete. Ma dopo che l'acciaio magnetico supera una certa forza coercitiva, è inutile, perché altri componenti del motore non possono funzionare stabilmente a quella temperatura. La forza coercitiva è sufficiente per soddisfare la domanda. Prendendo come standard la domanda nelle condizioni sperimentali raccomandate, non è necessario sprecare risorse.

  1. L'influenza dell'ortogonalità

L'ortogonalità influisce solo sulla rettilineità della curva di efficienza del test delle prestazioni del motore. Sebbene la rettilineità della curva di efficienza del motore non sia stata elencata come un indice standard importante, è molto importante per la distanza continua del motore del mozzo in condizioni stradali naturali. importante. A causa delle diverse condizioni stradali, il motore non può sempre funzionare nel punto di massima efficienza, che è uno dei motivi per cui la massima efficienza di alcuni motori non è elevata e la distanza di marcia è lontana. Per un buon motore al mozzo, non solo la massima efficienza dovrebbe essere alta, ma anche la curva di efficienza dovrebbe essere il più livellata possibile. Più bassa è la pendenza della riduzione dell'efficienza, meglio è. Con la maturazione del mercato, della tecnologia e degli standard dei motori nelle ruote, questo diventerà gradualmente uno standard importante.

  1. L'impatto della coerenza delle prestazioni

Inconsistent residual magnetism: Even the individual with particularly high performance is not good. Due to the inconsistency of the magnetic flux in each unidirectional magnetic field section, the torque is asymmetric and vibration occurs.

Incoerenza della forza coercitiva: in particolare, la forza coercitiva dei singoli prodotti è troppo bassa, è facile produrre una smagnetizzazione inversa, con conseguente incoerenza del flusso magnetico di ciascun acciaio magnetico e la vibrazione del motore. Questo effetto è più significativo per i motori brushless.

Influenza della forma e della tolleranza dell'acciaio magnetico sulle prestazioni del motore

  1. L'influenza dello spessore del magnete

Nel caso di bobine magnetiche interne o esterne fisse, quando lo spessore aumenta, il traferro diminuisce e il flusso magnetico effettivo aumenta. La prestazione ovvia è che lo stesso magnetismo residuo riduce la velocità a vuoto, la corrente a vuoto diminuisce e la massima efficienza del motore migliora. Tuttavia, ci sono anche degli svantaggi, come una maggiore vibrazione di commutazione del motore e la curva di efficienza del motore diventa relativamente ripida. Pertanto, lo spessore del magnete del motore dovrebbe essere il più uniforme possibile per ridurre le vibrazioni.

  1. L'effetto della larghezza del magnete

For close-packed brushless motor magnets, the total cumulative gap cannot exceed XNUMX mm. If it is too small, it cannot be installed. If it is too small, the motor vibration and efficiency will be reduced. This is because the position and magnetic of the Hall element that measures the magnet position The actual position of the steel does not correspond, and the consistency of the width must be guaranteed, otherwise the efficiency of the motor is low and the vibration is large.

Per i motori a spazzole, c'è un certo spazio tra l'acciaio magnetico, che è riservato alla zona di transizione della commutazione meccanica. Sebbene vi sia uno spazio vuoto, la maggior parte dei produttori ha rigorose procedure di installazione dell'acciaio magnetico per garantire la precisione dell'installazione al fine di garantire la posizione di installazione dell'acciaio magnetico del motore. Se la larghezza dell'acciaio magnetico viene superata, non verrà installato; se la larghezza dell'acciaio magnetico è troppo piccola, si verificherà un disallineamento dell'acciaio magnetico, aumenterà la vibrazione del motore e ridurrà l'efficienza.

  1. Dimensione dello smusso del magnete e l'effetto di non smusso

Senza smussatura, la velocità di variazione del campo magnetico sul bordo del campo magnetico del motore è grande, causando pulsazioni di impulso del motore. Maggiore è lo smusso, minore è la vibrazione. Tuttavia, la smussatura ha generalmente una certa perdita di flusso magnetico. Per alcune specifiche, quando la smussatura raggiunge 0.8, la perdita di flusso magnetico è 0.5 ~ 1.5%. Quando il magnetismo residuo del motore spazzolato è basso, ridurre opportunamente la dimensione dello smusso è utile per compensare il magnetismo residuo, ma la pulsazione del motore aumenta. In generale, quando la rimanenza è bassa, la tolleranza nella direzione della lunghezza può essere ingrandita in modo appropriato, il che può aumentare il flusso magnetico effettivo in una certa misura, in modo che le prestazioni del motore siano sostanzialmente invariate.