I motori a magneti permanenti utilizzano magneti permanenti per generare il campo magnetico del motore, senza bisogno di bobine di eccitazione o corrente di eccitazione. Rispetto ai tradizionali motori a eccitazione elettrica, presentano notevoli vantaggi, come l'elevata efficienza e la semplicità della struttura.

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 sempre più ampia. Oggi vi illustrerò 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 volete saperne di più sui principi di base e sulla struttura dei motori, potete fare clic per visualizzare i principi di base e la struttura di base. Oggi prenderemo come esempio il motore a magneti permanenti in corrente continua e il motore sincrono a magneti permanenti per fornire una breve introduzione al motore a magneti permanenti.

1. Motore CC a magnete permanente

Il principio di funzionamento e la struttura del motore CC a magneti permanenti sono simili a quelli del motore CC ordinario, con la differenza che il polo a magneti permanenti sostituisce 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 in corrente continua, 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 a magnete permanente spazzolato è composto dal nucleo del rotore, dall'avvolgimento del rotore, dal commutatore e dall'albero rotante, come il rotore di un comune motore CC. Inserire il gruppo rotore e 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 nelle biciclette elettriche, nelle motociclette elettriche e negli scooter.

2. Motori sincroni a magneti permanenti

Negli ultimi anni si sono sviluppati rapidamente i motori sincroni a magneti permanenti, caratterizzati da un elevato fattore di potenza e da un'alta efficienza. Hanno gradualmente sostituito i motori asincroni a corrente alternata comunemente utilizzati in molte occasioni. Tra questi, i motori sincroni a magneti permanenti ad avviamento asincrono hanno prestazioni eccellenti e sono motori a risparmio energetico molto promettenti.

La struttura dello statore e il principio di funzionamento dei motori sincroni a magneti permanenti sono identici a quelli dei motori asincroni CA. La differenza rispetto ai normali motori asincroni risiede nella struttura del rotore. Il rotore è dotato di poli a magneti permanenti e i magneti permanenti sono disposti in varie posizioni nel rotore.

Lo sviluppo dei motori a magneti permanenti è strettamente legato allo sviluppo di materiali a magneti permanenti.

Il primo motore al mondo apparso negli anni '20 era un motore a magneti permanenti che generava un campo magnetico di eccitazione da magneti permanenti. Tuttavia, il materiale a magneti permanenti utilizzato all'epoca era la magnetite naturale (Fe3O4) e la densità di energia magnetica era molto bassa. Il motore realizzato con questo materiale era ingombrante e fu presto sostituito da un motore a eccitazione elettrica.

Con il rapido sviluppo di vari motori e l'invenzione dei magnetizzatori di corrente, l'uomo ha condotto ricerche approfondite sul meccanismo, sulla composizione e sulla tecnologia di produzione dei materiali magnetici permanenti e ha scoperto successivamente una varietà di materiali magnetici permanenti come l'acciaio al carbonio, l'acciaio al tungsteno e l'acciaio al cobalto.
Soprattutto i magneti permanenti in alluminio-nichel-cobalto, apparsi negli anni '30, e i magneti permanenti in ferrite, apparsi negli anni '50, hanno migliorato notevolmente le loro proprietà magnetiche e diversi micro e piccoli motori hanno utilizzato i magneti permanenti per l'eccitazione. Tuttavia, la forza coercitiva dei magneti permanenti in 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 '60 e '80, i magneti permanenti in samario-cobalto e i materiali magnetici permanenti in neodimio-ferro-boron si sono succeduti. La loro elevata densità magnetica residua, l'alta coercitività, l'elevata energia magnetica prodotta e la curva di smagnetizzazione lineare sono particolarmente adatte a garantire eccellenti proprietà magnetiche. Lo sviluppo dei motori a magneti permanenti è entrato in un nuovo periodo storico.

Relazione tra prestazioni dell'acciaio magnetico e prestazioni del motore

1. Influenza della rimanenza

Per i motori a corrente continua, a parità di parametri di avvolgimento e di condizioni di prova, più alta è la rimanenza, più bassa è la velocità a vuoto e più piccola è la corrente a vuoto; maggiore è la coppia massima, più alta è l'efficienza del punto di massima efficienza.
Nel test effettivo, il livello di velocità a vuoto e l'entità della coppia massima sono generalmente utilizzati per giudicare lo standard di rimangenza dell'acciaio magnetico.

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

2. L'influenza della coercitività

Durante il funzionamento del motore, la temperatura e la smagnetizzazione inversa hanno sempre la loro influenza. 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 quando l'acciaio magnetico supera una certa forza coercitiva, è inutile, perché gli altri componenti del motore non possono funzionare in modo stabile a quella temperatura. La forza coercitiva è sufficiente a soddisfare la domanda. Considerando la domanda nelle condizioni sperimentali raccomandate come standard, non c'è bisogno di sprecare risorse.

3. L'influenza della quadratura

La quadratura influisce solo sulla rettilineità della curva di efficienza del test di prestazione del motore. Sebbene la rettilineità della curva di efficienza del motore non sia stata inserita tra gli indici standard importanti, è molto importante per la distanza continua del motore al mozzo in condizioni stradali naturali. importante. A causa delle diverse condizioni stradali, il motore non può sempre lavorare al punto di massima efficienza, e questo è uno dei motivi per cui l'efficienza massima di alcuni motori non è elevata e la distanza di funzionamento è lontana. Per un buon motore al mozzo, non solo l'efficienza massima deve essere elevata, ma anche la curva di efficienza deve essere il più possibile uniforme. Quanto più bassa è la pendenza della riduzione dell'efficienza, tanto meglio è. Con la maturazione del mercato, della tecnologia e degli standard dei motori a ruota, questo diventerà gradualmente uno standard importante.

4. L'impatto della coerenza delle prestazioni

Magnetismo residuo inconsistente: Anche l'individuo con prestazioni particolarmente elevate non è buono. A causa dell'incoerenza del flusso magnetico in ogni sezione di campo magnetico unidirezionale, la coppia è asimmetrica e si verificano vibrazioni.

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

Influenza della forma e della tolleranza dell'acciaio magnetico su Motore Prestazioni

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. Il risultato evidente è che lo stesso magnetismo residuo riduce la velocità a vuoto, la corrente a vuoto diminuisce e l'efficienza massima del motore migliora. Tuttavia, ci sono anche degli svantaggi, come l'aumento delle vibrazioni di commutazione del motore, e la curva di efficienza del motore diventa relativamente ripida. Pertanto, lo spessore del magnete del motore deve essere il più uniforme possibile per ridurre le vibrazioni.

2. L'effetto della larghezza del magnete

Per i magneti dei motori brushless a pacco chiuso, la distanza totale cumulativa non può superare 0,5 mm. Se è troppo piccolo, non può essere installato. Se è troppo piccolo, le vibrazioni e l'efficienza del motore si riducono. Questo perché la posizione e il magnetismo dell'elemento di Hall che misura la posizione del magnete non corrispondono alla posizione effettiva dell'acciaio e la coerenza della larghezza deve essere garantita, altrimenti l'efficienza del motore è bassa e le vibrazioni sono elevate.

Per i motori a spazzole, esiste un certo spazio tra l'acciaio magnetico, riservato alla zona di transizione della commutazione meccanica. Sebbene esista uno spazio, la maggior parte dei produttori ha procedure di installazione dell'acciaio magnetico molto rigide per garantire l'accuratezza dell'installazione, in modo da assicurare 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, aumentando le vibrazioni del motore e riducendone l'efficienza.

3. Dimensione dello smusso del magnete ed effetto del non smusso

Senza smussatura, la velocità di variazione del campo magnetico sul bordo del campo magnetico del motore è elevata e provoca pulsazioni del motore. Più grande è lo smusso, minore è la vibrazione. Tuttavia, la smussatura comporta generalmente una certa perdita di flusso magnetico. Per alcune specifiche, quando lo smusso raggiunge lo 0,8, la perdita di flusso magnetico è di 0,5 ~ 1,5%. Quando il magnetismo residuo del motore a spazzole è basso, ridurre opportunamente le dimensioni dello smusso è utile per compensare il magnetismo residuo, ma le pulsazioni del motore aumentano. In generale, quando il magnetismo residuo è basso, la tolleranza nella direzione della lunghezza può essere ampliata in modo appropriato, aumentando in una certa misura il flusso magnetico effettivo, in modo che le prestazioni del motore rimangano sostanzialmente invariate.