Sự phát triển của động cơ nam châm vĩnh cửu có liên quan chặt chẽ đến sự phát triển của vật liệu nam châm vĩnh cửu. Trung Quốc là quốc gia đầu tiên trên thế giới phát hiện ra tính chất từ của vật liệu nam châm vĩnh cửu và ứng dụng chúng vào thực tế. Hơn 2.000 năm trước, Trung Quốc đã sử dụng đặc tính từ tính của vật liệu nam châm vĩnh cửu để chế tạo la bàn, đóng vai trò to lớn trong điều hướng, quân sự và các lĩnh vực khác, đồng thời trở thành một trong bốn phát minh vĩ đại của Trung Quốc cổ đại.
Động cơ đầu tiên trên thế giới xuất hiện vào những năm 1920 là động cơ nam châm vĩnh cửu sử dụng nam châm vĩnh cửu để tạo ra từ trường kích thích. Tuy nhiên, vật liệu nam châm vĩnh cửu được sử dụng vào thời điểm đó là magnetit tự nhiên (Fe3O4), có mật độ năng lượng từ rất thấp. Động cơ làm từ nó có kích thước lớn và sớm được thay thế bằng động cơ kích thích điện.
Với sự phát triển nhanh chóng của các loại động cơ khác nhau và việc phát minh ra từ hóa hiện tại, người ta đã tiến hành nghiên cứu chuyên sâu về cơ chế, thành phần và công nghệ sản xuất vật liệu từ tính vĩnh cửu và đã liên tiếp phát hiện ra nhiều loại vật liệu từ tính vĩnh cửu như thép carbon, vonfram. thép (tích năng lượng từ tối đa khoảng 2,7 kJ/m3) và thép coban (tích năng lượng từ tối đa khoảng 7,2 kJ/m3).
Đặc biệt, sự xuất hiện của nam châm vĩnh cửu nhôm niken coban vào những năm 1930 (sản phẩm năng lượng từ tối đa có thể đạt tới 85 kJ/m3) và nam châm vĩnh cửu ferrite vào những năm 1950 (sản phẩm năng lượng từ tối đa có thể đạt tới 40 kJ/m3) đã cải thiện đáng kể tính chất từ tính. , và nhiều loại động cơ siêu nhỏ và nhỏ khác nhau đã bắt đầu sử dụng kích thích nam châm vĩnh cửu. Công suất của động cơ nam châm vĩnh cửu dao động từ vài miliwatt đến hàng chục kilowatt. Chúng được sử dụng rộng rãi trong quân sự, sản xuất công nghiệp, nông nghiệp và đời sống hàng ngày, sản lượng của chúng đã tăng lên đáng kể.
Tương ứng, trong giai đoạn này đã có những bước đột phá về lý thuyết thiết kế, phương pháp tính toán, từ hóa và công nghệ chế tạo động cơ nam châm vĩnh cửu, hình thành nên bộ phương pháp phân tích và nghiên cứu được biểu diễn bằng phương pháp sơ đồ làm việc của nam châm vĩnh cửu. Tuy nhiên, lực cưỡng bức của nam châm vĩnh cửu AlNiCo thấp (36-160 kA/m) và mật độ từ dư của nam châm vĩnh cửu ferrite không cao (0,2-0,44 T), điều này hạn chế phạm vi ứng dụng của chúng trong động cơ.
Mãi đến những năm 1960 và 1980, nam châm vĩnh cửu coban đất hiếm và nam châm vĩnh cửu boron sắt neodymium (gọi chung là nam châm vĩnh cửu đất hiếm) lần lượt ra đời. Đặc tính từ tính tuyệt vời của chúng là mật độ từ dư cao, lực cưỡng bức cao, sản phẩm năng lượng từ tính cao và đường cong khử từ tuyến tính đặc biệt thích hợp cho việc sản xuất động cơ, do đó mở ra sự phát triển của động cơ nam châm vĩnh cửu bước vào một thời kỳ lịch sử mới.
1. Vật liệu từ tính vĩnh cửu
Các vật liệu nam châm vĩnh cửu thường được sử dụng trong động cơ bao gồm nam châm thiêu kết và nam châm ngoại quan, các loại chính là nhôm niken coban, ferrite, samarium coban, boron sắt neodymium, v.v.
Alnico: Vật liệu nam châm vĩnh cửu Alnico là một trong những vật liệu nam châm vĩnh cửu được sử dụng rộng rãi sớm nhất, quy trình và công nghệ chuẩn bị của nó tương đối trưởng thành.
Ferrite vĩnh cửu: Vào những năm 1950, ferrite bắt đầu phát triển mạnh, đặc biệt là vào những năm 1970, khi strontium ferrite với khả năng kháng từ tốt và hiệu suất năng lượng từ tính được đưa vào sản xuất với số lượng lớn, nhanh chóng mở rộng việc sử dụng ferrite vĩnh cửu. Là một vật liệu từ tính phi kim loại, ferrite không có nhược điểm là dễ bị oxy hóa, nhiệt độ Curie thấp và giá thành cao của vật liệu nam châm vĩnh cửu kim loại nên rất được ưa chuộng.
Samarium coban: Một loại vật liệu nam châm vĩnh cửu có đặc tính từ tính tuyệt vời xuất hiện vào giữa những năm 1960 và có hiệu suất rất ổn định. Samarium coban đặc biệt thích hợp để sản xuất động cơ về tính chất từ tính, nhưng do giá thành cao nên nó chủ yếu được sử dụng trong nghiên cứu và phát triển động cơ quân sự như hàng không, vũ trụ, vũ khí và động cơ trong các lĩnh vực công nghệ cao, nơi hiệu suất cao và giá cả không phải là yếu tố chính.
NdFeB: Vật liệu từ tính NdFeB là hợp kim của neodymium, oxit sắt, v.v., còn được gọi là thép từ tính. Nó có sản phẩm năng lượng từ tính và lực cưỡng bức cực cao. Đồng thời, ưu điểm về mật độ năng lượng cao khiến vật liệu nam châm vĩnh cửu NdFeB được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp hiện đại và công nghệ điện tử, giúp thu nhỏ, làm nhẹ và làm mỏng các thiết bị như dụng cụ, động cơ điện âm, tách từ và từ hóa. Vì chứa một lượng lớn neodymium và sắt nên rất dễ bị rỉ sét. Thụ động hóa học bề mặt là một trong những giải pháp tốt nhất hiện nay.
Chống ăn mòn, nhiệt độ hoạt động tối đa, hiệu suất xử lý, hình dạng đường cong khử từ,
và so sánh giá các loại vật liệu nam châm vĩnh cửu thường dùng làm động cơ (Hình)
2.Ảnh hưởng của hình dạng và dung sai của thép từ đến hiệu suất động cơ
1. Ảnh hưởng của độ dày thép từ
Khi mạch từ bên trong hoặc bên ngoài được cố định, khe hở không khí giảm và từ thông hiệu dụng tăng khi độ dày tăng. Biểu hiện rõ ràng là tốc độ không tải giảm và dòng điện không tải giảm trong cùng một từ trường dư và hiệu suất tối đa của động cơ tăng lên. Tuy nhiên, cũng có những nhược điểm, chẳng hạn như độ rung chuyển động của động cơ tăng lên và đường cong hiệu suất tương đối dốc hơn của động cơ. Vì vậy, độ dày của thép từ tính động cơ phải càng phù hợp càng tốt để giảm độ rung.
2. Ảnh hưởng của chiều rộng thép từ tính
Đối với các nam châm động cơ không chổi than có khoảng cách gần nhau, tổng khe hở tích lũy không được vượt quá 0,5 mm. Nếu nó quá nhỏ, nó sẽ không được cài đặt. Nếu quá lớn, động cơ sẽ rung và giảm hiệu suất. Điều này là do vị trí của phần tử Hall đo vị trí của nam châm không tương ứng với vị trí thực tế của nam châm và chiều rộng phải phù hợp, nếu không động cơ sẽ có hiệu suất thấp và độ rung lớn.
Đối với động cơ chổi than, có một khoảng cách nhất định giữa các nam châm, được dành riêng cho vùng chuyển tiếp cơ học. Mặc dù có một khoảng cách, hầu hết các nhà sản xuất đều có quy trình lắp đặt nam châm nghiêm ngặt để đảm bảo độ chính xác lắp đặt nhằm đảm bảo vị trí lắp đặt chính xác của nam châm động cơ. Nếu chiều rộng của nam châm vượt quá, nó sẽ không được lắp đặt; nếu chiều rộng của nam châm quá nhỏ sẽ khiến nam châm bị lệch, động cơ sẽ rung nhiều hơn và hiệu suất sẽ giảm.
3. Ảnh hưởng của kích thước vát thép từ tính và không vát
Nếu không thực hiện vát mép thì tốc độ thay đổi của từ trường ở rìa từ trường của động cơ sẽ lớn, gây ra hiện tượng dao động của động cơ. Góc vát càng lớn thì độ rung càng nhỏ. Tuy nhiên, việc vát cạnh thường gây ra sự suy giảm từ thông nhất định. Đối với một số thông số kỹ thuật, tổn thất từ thông là 0,5 ~ 1,5% khi góc vát là 0,8. Đối với động cơ chổi than có từ tính dư thấp, việc giảm kích thước mặt vát một cách thích hợp sẽ giúp bù lại từ tính dư nhưng xung động của động cơ sẽ tăng lên. Nói chung, khi từ tính dư thấp, dung sai theo hướng chiều dài có thể được tăng lên một cách thích hợp, điều này có thể làm tăng từ thông hiệu quả đến một mức độ nhất định và giữ cho hiệu suất của động cơ về cơ bản không thay đổi.
3.Những lưu ý về động cơ nam châm vĩnh cửu
1. Cấu trúc và tính toán thiết kế mạch từ
Để phát huy tối đa tính chất từ của các loại vật liệu nam châm vĩnh cửu khác nhau, đặc biệt là tính chất từ tính tuyệt vời của nam châm vĩnh cửu đất hiếm và chế tạo động cơ nam châm vĩnh cửu tiết kiệm chi phí, không thể đơn giản áp dụng phương pháp tính toán kết cấu và thiết kế của động cơ nam châm vĩnh cửu truyền thống hoặc động cơ kích thích điện từ. Các khái niệm thiết kế mới phải được thiết lập để phân tích lại và cải thiện cấu trúc mạch từ. Với sự phát triển nhanh chóng của công nghệ phần cứng và phần mềm máy tính, cũng như sự cải tiến liên tục của các phương pháp thiết kế hiện đại như tính toán số trường điện từ, thiết kế tối ưu hóa và công nghệ mô phỏng, và thông qua nỗ lực chung của cộng đồng học thuật và kỹ thuật động cơ, những đột phá đã được thực hiện. được thực hiện theo lý thuyết thiết kế, phương pháp tính toán, quy trình kết cấu và công nghệ điều khiển của động cơ nam châm vĩnh cửu, tạo thành một bộ phương pháp phân tích và nghiên cứu hoàn chỉnh cũng như phần mềm phân tích và thiết kế có sự hỗ trợ của máy tính kết hợp tính toán số trường điện từ và giải pháp phân tích mạch từ tương đương, và đang được cải tiến liên tục.
2. Vấn đề khử từ không thể đảo ngược
Nếu thiết kế hoặc sử dụng không đúng cách, động cơ nam châm vĩnh cửu có thể tạo ra hiện tượng khử từ hoặc khử từ không thể đảo ngược khi nhiệt độ quá cao (nam châm vĩnh cửu NdFeB) hoặc quá thấp (nam châm vĩnh cửu ferrite), dưới phản ứng phần ứng do dòng điện tác động gây ra, hoặc dưới sự rung động cơ học nghiêm trọng sẽ làm giảm hiệu suất của động cơ và thậm chí khiến động cơ không thể sử dụng được. Vì vậy, cần nghiên cứu, phát triển các phương pháp, thiết bị phù hợp cho các nhà sản xuất động cơ để kiểm tra độ ổn định nhiệt của vật liệu nam châm vĩnh cửu, đồng thời phân tích khả năng chống khử từ của các dạng kết cấu khác nhau để từ đó có biện pháp tương ứng trong quá trình thiết kế và chế tạo. để đảm bảo động cơ nam châm vĩnh cửu không bị mất từ tính.
3. Vấn đề về chi phí
Do nam châm vĩnh cửu đất hiếm vẫn còn tương đối đắt tiền nên giá thành của động cơ nam châm vĩnh cửu đất hiếm thường cao hơn động cơ kích thích điện, cần được bù đắp bằng hiệu suất cao và tiết kiệm chi phí vận hành. Trong một số trường hợp, chẳng hạn như động cơ cuộn dây bằng giọng nói cho ổ đĩa máy tính, việc sử dụng nam châm vĩnh cửu NdFeB giúp cải thiện hiệu suất, giảm đáng kể âm lượng và khối lượng cũng như giảm tổng chi phí. Khi thiết kế, cần phải so sánh hiệu suất và giá cả dựa trên các trường hợp và yêu cầu sử dụng cụ thể, đồng thời đổi mới quy trình kết cấu và tối ưu hóa thiết kế để giảm chi phí.
Công ty TNHH Thiết bị cơ điện nam châm vĩnh cửu An Huy Mingteng (https://www.mingtengmotor.com/). Tốc độ khử từ của thép từ tính động cơ nam châm vĩnh cửu không quá một phần nghìn mỗi năm.
Vật liệu nam châm vĩnh cửu của rôto động cơ nam châm vĩnh cửu của công ty chúng tôi sử dụng sản phẩm năng lượng từ tính cao và NdFeB thiêu kết cưỡng chế nội tại cao, và các loại thông thường là N38SH, N38UH, N40UH, N42UH, v.v. Hãy lấy N38SH, một loại thường được sử dụng của công ty chúng tôi , ví dụ: 38- đại diện cho tích năng lượng từ cực đại là 38MGOe; SH đại diện cho khả năng chịu nhiệt độ tối đa 150oC. UH có khả năng chịu nhiệt độ tối đa 180oC. Công ty đã thiết kế các dụng cụ chuyên nghiệp và đồ gá dẫn hướng để lắp ráp thép từ tính, đồng thời phân tích định tính độ phân cực của thép từ tính đã lắp ráp bằng các phương tiện hợp lý, sao cho giá trị từ thông tương đối của mỗi khe thép từ tính là gần nhau, đảm bảo tính đối xứng của từ tính. mạch và chất lượng của cụm thép từ tính.
Bản quyền: Bài viết này là bản in lại số công khai WeChat “động cơ ngày nay”, link gốc https://mp.weixin.qq.com/s/zZn3UsYZeDwicEDwIdsbPg
Bài viết này không thể hiện quan điểm của công ty chúng tôi. Nếu bạn có ý kiến hoặc quan điểm khác nhau, xin vui lòng sửa chúng tôi!
Thời gian đăng: 30-08-2024