De ontwikkelingsgeschiedenis van een permanente magneetmotor

De ontwikkeling van permanente magneetmotoren hangt nauw samen met de ontwikkeling van permanente magneetmaterialen. China is het eerste land ter wereld dat de magnetische specialiteit van permanente magneetmaterialen heeft ontdekt en in de praktijk heeft toegepast. Meer dan 2,000 jaar geleden gebruikte China de magnetische specialiteit van permanente magneetmaterialen om een ​​kompas te maken. De rol is een van de vier belangrijkste uitvindingen van het oude China geworden.

De eerste motor ter wereld in de jaren twintig was een permanente magneetmotor die door middel van een permanente magneet een magnetisch veld opwekte. Het permanente magneetmateriaal dat destijds werd gebruikt, was echter natuurlijk magneeterts (Fe1920O3). De magnetische energiedichtheid was erg laag. De motor die ermee werd gemaakt was groot en werd al snel vervangen door de bekrachtigingsmotor.

Met de behoeften van de snelle ontwikkeling van verschillende motoren en de uitvinding van de huidige magnetische laders hebben mensen diepgaand onderzoek gedaan naar het mechanisme, de samenstelling en de productietechnologie van permanente magneetmaterialen, en zijn ze ontdekt door koolstofstaal en wolfraamstaal (maximaal geaccumuleerde magnetische energie ongeveer 2.7 kj/m3) Diverse permanente magneetmaterialen zoals kobaltstaal (maximale geaccumuleerde magnetische energie ongeveer 7.2 kj/m3). Vooral in de jaren dertig werden aluminium-nikkel-kobalt permanente magneten (maximale magnetische energieaccumulatie van 1930 kJ/m85) en de permanente magneet van de ferriet permanente magneet (maximale magnetische energieaccumulatie kan 3 kj/m40 bereiken) in de jaren vijftig, en de magnetische de prestaties zijn aanzienlijk verbeterd en verschillende micro- en kleine motoren gebruiken permanente magneten. Het vermogen van de permanentmagneetmotor bedraagt ​​slechts enkele tientallen watts. Het wordt op grote schaal gebruikt in de industriële en agrarische productie en het dagelijks leven, en de productie is sterk toegenomen. Dienovereenkomstig heeft deze periode ook baanbrekende vooruitgang geboekt op het gebied van de ontwerptheorie, berekeningsmethoden, capaciteitsoplading en productietechnologie van de permanente magneetmotor, en vormt een reeks analyse- en onderzoeksmethoden vertegenwoordigd door de permanente magnetische kaartinterpretatiemethode. De hardnekkige kracht van de permanente magneet van aluminium-nikkel-kobalt (3 ~ 1950 ka/m), de resterende magnetische dichtheid van de permanente magneet van ijzerzuurstof is echter niet hoog (36 ~ 160 t), wat hun toepassingsbereik in de motor beperkt . Tot de jaren zestig en tachtig kwamen de zeldzame aarde kobalt permanente magneet en de ijzeren boor permanente magneet (beide gezamenlijk aangeduid als zeldzame aarde permanente magneten) na elkaar uit. De uitstekende magnetische eigenschappen zijn bijzonder geschikt voor de productie van motoren, waardoor de ontwikkeling van permanentmagneetmotoren een nieuwe historische periode is ingegaan.

De kenmerken en toepassing van permanente magneetmotoren

Vergeleken met de traditionele elektrische magnetische motor heeft de permanente magneetmotor, vooral de zeldzame-aarde permanente magneetmotor, een eenvoudige structuur, betrouwbare werking, klein volume, lichtkwaliteit, klein verlies, hoog rendement, de vorm en grootte van de motor kunnen flexibel zijn en verschillend. Daarom is het toepassingsgebied extreem breed en bestrijkt het bijna alle gebieden van de industriële en agrarische productie en het dagelijks leven. Hier volgen de belangrijkste kenmerken van verschillende typische permanentmagneetmotoren en hun belangrijkste toepassingsmogelijkheden.

1. De synchrone generator met zeldzame aarde permanente magneet vereist geen verzamelring en borstelapparaat in vergelijking met de traditionele generator. De structuur is eenvoudig en vermindert het uitvalpercentage. Door de zeldzame aarde permanente magneet kan het ook de luchtspleet magnetisch vergroten, de snelheid verhogen tot de optimale waarde en de stroomkwaliteitsverhouding verhogen. Bijna alle hedendaagse generatoren in de lucht- en ruimtevaart maken gebruik van permanente magneetgeneratoren van zeldzame aardmetalen. De permanente magneetgenerator werd ook gebruikt als een bijbehorende stimuleringsmachine voor grote stoomwielgeneratoren. Momenteel worden de verbrandingsmotor die een kleine generator aandrijft, de permanente magneetgenerator en de voorhoede, direct aangedreven kleine permanente magneetluchtgenerator voor onafhankelijke stroomvoorziening geleidelijk gepromoot.

2. Vergeleken met de inductieve motor is het voor een efficiënte synchrone motor met permanente magneet niet nodig om geen stroomstimulansstroom te hebben, wat de arbeidsfactor aanzienlijk kan verbeteren (kan 1 bereiken, zelfs vermogen), het verlies van statorstroom en stator verminderen weerstand, en er is geen rotorkoperverbruik tijdens stabiele werking, en het kan de ventilator verminderen (motor met kleine capaciteit kan de ventilator zelfs verwijderen) en het bijbehorende windverlies. De efficiëntie kan met 2 tot 8 procentpunten toenemen dan bij dezelfde sensor. Bovendien kan de synchrone motor met permanente magneet een hogere efficiëntie en arbeidsfactor handhaven binnen het bereik van 25% tot 120% van de nominale belasting, waardoor het dagelijkse energie-effect groter wordt tijdens de looptijd van lichte belasting. Dit type motor zet doorgaans een startwikkeling op de rotor op, die de mogelijkheid heeft om direct te starten bij een bepaalde frequentie en spanning. Momenteel wordt het voornamelijk gebruikt op het gebied van olievelden, textiel-chemische vezelindustrieën, keramische glasindustrieën en ventilatorpompen met een lange jaarlijkse bedrijfstijd.

China heeft een onafhankelijk ontwikkelde permanente magneetsynchronisatiemotor met hoog rendement kunnen het probleem van "groot paard om kleine auto te besturen" bij de toepassing van olievelden oplossen. Het startkoppel is 50% tot 100% groter dan dat van de inductiemotor. De inductieve motor is ongeveer 20%.

De belastingsrotatie in de textiel-chemische vezelindustrie is groot en vereist een hoog koppel. Ontwerp op redelijke wijze de lekcoëfficiënt van de lege belasting, de convexe verhouding, de rotorweerstand, de permanente magneetgrootte en de statorwikkelingen van de synchrone motor met permanente magneet, wat de instapprestaties van de permanente magneetmotor kan verbeteren en deze kan promoten tot het nieuwe type textiel en chemicaliën vezelindustrie.

Honderden kilowatt, melk-, petroleum-, chemische en andere industrieën worden gebruikt door honderden kW- en Muwa-kwaliteit ventilatoren en pompmotoren. Verbeter de efficiëntie en arbeidsfactor, bespaar energie en verbeter de bedrijfsbetrouwbaarheid.

3. AC-servo-permanente magneetmotor en borstelloze DC-permanente magneetmotor gebruiken nu steeds vaker de invertervoeding en AC-elektromotorset om het DC-motorsnelheidsregelsysteem te vervangen. In de AC-motor onderhoudt de snelheid van de synchrone motor met permanente magneet een constante relatie met de vermogensfrequentie wanneer deze stabiel draait, zodat deze direct kan worden gebruikt voor het snelheidsregelsysteem voor frequentieomzetting dat kan worden gebruikt om de lus te openen. Dit type motor begint meestal met de geleidelijke verhoging van de frequentie van de omvormer. Het kan op de rotor worden geplaatst zonder een startwikkeling in te stellen, en de borstel en de richter worden bewaard voor gemakkelijk onderhoud.

De synchrone permanentmagneetmotor van de omvormer en het gesloten regelsysteem voor de rotorpositie vormen een zelfsynchrone permanente magneetmotor. Het heeft niet alleen de uitstekende snelheidsregulerende prestaties van de elektromotorisch mobiliserende gelijkstroommotor, maar is ook borstelloos. Het wordt voornamelijk gebruikt voor gelegenheden met een hoge regelnauwkeurigheid en hoge betrouwbaarheid, zoals de luchtvaart, ruimtevaart, CNC-bewerkingsmachines, verwerkingscentra, robots, elektrische voertuigen, computerrandapparatuur, enz.

De NdFEB synchrone motor met permanente magneet en aandrijfsysteem met een groot snelheidsbereik en een hoge constante vermogenssnelheidsverhouding zijn ontwikkeld. De snelheidsverhouding bedraagt ​​maar liefst 1:22,500 en het grenstoerental bedraagt ​​maar liefst 9 omw/min. Synchrone motor met permanente magneet is de meest ideale motor in elektrische voertuigen, werktuigmachines en andere aandrijfapparaten vanwege het hoge rendement, de lage trillingen, het lage geluidsniveau en de hoge koppeldichtheid.

Met de voortdurende verbetering van de levensstandaard van mensen worden de eisen aan huishoudelijke apparaten steeds hoger. Huishoudelijke airconditioners zijn bijvoorbeeld niet alleen stroomverbruik, maar ook de belangrijkste bron van lawaai, en de ontwikkelingstrend is het gebruik van borstelloze DC-motoren met permanente magneet die traploos kunnen worden geregeld. Het kan zich automatisch langdurig aanpassen aan de juiste snelheid, afhankelijk van de verandering van de kamertemperatuur, lawaai en trillingen verminderen, mensen een comfortabeler gevoel geven, maar ook 1/3 besparen dan de airconditioner zonder snelheidsregeling. Anderen, zoals koelkasten, wasmachines, stofafscheiders, ventilatoren, enz., schakelen ook geleidelijk over op borstelloze gelijkstroommotoren.

4. Permanente magneet DC-motor behoudt na het gebruik van permanente magneet-excitatie niet alleen de goede snelheidsregeleigenschappen en mechanische kenmerken van de elektrische excitatie DC-motor, maar heeft ook een eenvoudige structuur, klein volume, minder koper, hoog rendement vanwege de eliminatie van excitatiewikkeling en excitatieverlies. Daarom worden DC-motoren met permanente magneet op grote schaal gebruikt, van huishoudelijke apparaten, draagbare elektronische apparatuur, elektrisch gereedschap tot precisietransmissiesystemen voor snelheid en positie die goede dynamische prestaties vereisen. Bij micro-DC-motoren onder de 500 W zijn permanentmagneetmotoren verantwoordelijk voor 92%, terwijl permanentmagneetmotoren onder 10 W ruim 99% voor hun rekening nemen.

Momenteel ontwikkelt de Chinese auto-industrie zich snel, de auto-industrie is de grootste gebruiker van permanente magneetmotoren, motor is een belangrijk onderdeel van de auto, een superluxe auto, een verscheidenheid aan verschillende toepassingen van de motor tot meer dan 70 sets , waarvan de meeste laagspannings-DC-micromotoren met permanente magneet zijn. Startmotor voor auto's en motorfietsen, die gebruik maken van de NdFeb permanente magneet en het gebruik van een vertragend planetair tandwiel, kunnen de massa van de startmotor met de helft verminderen.

Classificatie van permanente magneetmotoren

Er zijn veel soorten permanentmagneetmotoren. Volgens de motorfunctie kan grofweg worden verdeeld in permanente magneetgeneratoren en permanente magneetmotoren twee categorieën.

Permanente magneetmotoren kunnen worden onderverdeeld in permanente magneet-DC-motoren en permanente-magneet-wisselstroommotoren. AC-motor met permanente magneet verwijst naar een meerfasige synchrone motor met een permanente magneetrotor, daarom wordt deze vaak een synchrone motor met permanente magneet (PMSM) genoemd.

Gelijkstroommotor met permanente magneet als er geen elektrisch drama en commutator is om te verdelen. Het kan worden onderverdeeld in borstelloze gelijkstroommotor met permanente magneet en borstelloze gelijkstroommotor met permanente magneet (BLDC).

In de wereld van vandaag ontwikkelen de theorie en technologie van moderne vermogenselektronica zich enorm. Vermogenselektronische apparaten, zoals MOSFET, IGBT, MCT, enz., blijven verschijnen en het besturingsapparaat heeft fundamentele veranderingen ondergaan. Sinds F. BlascEke in 1971 het principe van AC-motorvectorbesturing voorstelde, heeft de ontwikkeling van vectorbesturingstechnologie een nieuw tijdperk van AC-servoaandrijving gecreëerd, en heeft de voortdurende introductie van verschillende krachtige microprocessors de ontwikkeling van AC-servoaandrijving verder versneld. systemen ter vervanging van DC-servosystemen. Ac-servosysteem dat het DC-servosysteem vervangt is een onvermijdelijke trend geworden. Synchrone motor met permanente magneet (PMSM) met sinusgolf-terugpotentieel en borstelloze gelijkstroommotor (BLDC) met trapezoïdaal golf-terugpotentieel zullen echter de mainstream worden van de ontwikkeling van krachtige AC-servosystemen vanwege hun uitstekende prestaties

Voorzorgsmaatregelen gerelateerd aan permanente magneetmotoren

1. Magnetische circuitstructuur en ontwerpberekening

Om de magnetische eigenschappen van verschillende permanente magneetmaterialen ten volle te benutten, vooral de uitstekende magnetische eigenschappen van permanente magneten van zeldzame aardmetalen, en om kosteneffectieve permanente magneetmotoren te creëren, is het niet mogelijk om simpelweg de structuur- en ontwerpberekeningsmethoden van traditionele permanente magneetmotoren of elektrische excitatiemotoren, en er moeten nieuwe ontwerpconcepten worden ontwikkeld om de magnetische circuitstructuur opnieuw te analyseren en te verbeteren. Met de snelle ontwikkeling van computerhardware en softwaretechnologie, evenals de voortdurende verbetering van moderne ontwerpmethoden zoals numerieke berekening van elektromagnetische velden, optimalisatieontwerp en simulatietechnologie, is er door de gezamenlijke inspanningen van academische en technische kringen baanbrekende vooruitgang geboekt in de ontwerptheorie, berekeningsmethode, structuurproces en besturingstechnologie van permanente magneetmotoren. Er is een complete set analyse- en onderzoeksmethoden en computerondersteunde analyse- en ontwerpsoftware gevormd, die worden gecombineerd met numerieke berekening van het elektromagnetische veld en een analytische oplossing van een gelijkwaardig magnetisch circuit, en deze wordt voortdurend verbeterd.

2. Controleproblemen

Nadat de permanente magneetmotor is gemaakt, kan deze zijn magnetische veld behouden zonder externe energie, maar het maakt het ook uiterst moeilijk om zijn magnetische veld van buitenaf aan te passen en te controleren. Het is moeilijk om de uitgangsspanning en arbeidsfactor van de permanente magneetgenerator van buitenaf aan te passen, en de gelijkstroommotor met permanente magneet kan zijn snelheid niet langer aanpassen door de bekrachtiging te veranderen. Deze beperken het toepassingsbereik van permanentmagneetmotoren. Met de snelle ontwikkeling van vermogenselektronische apparaten en besturingstechnologie zoals MOSFET en IGBT kunnen de meeste permanentmagneetmotoren echter worden gebruikt zonder magnetische veldcontrole en alleen ankercontrole. Het is noodzakelijk om de drie nieuwe technologieën van zeldzame aardmetalen permanente magneetmaterialen, vermogenselektronische apparaten en microcomputerbesturing in het ontwerp te combineren, zodat de permanente magneetmotor onder nieuwe omstandigheden kan werken.

3. Onomkeerbaar demagnetisatieprobleem

Als het ontwerp of het gebruik onjuist is, heeft de permanente magneetmotor een te hoge (NdFeb permanente magneet) of te lage (ferriet permanente magneet) temperatuur, onder invloed van de ankerreactie gegenereerd door de impactstroom, of in de gewelddadige mechanische trillingen. onomkeerbare demagnetisatie of verlies van magnetisme veroorzaken, waardoor de motorprestaties afnemen of zelfs niet kunnen worden gebruikt. Daarom is het noodzakelijk methoden en apparaten te onderzoeken en te ontwikkelen die geschikt zijn voor motorfabrikanten om de thermische stabiliteit van permanente magneetmaterialen te controleren, en om het anti-demagnetisatievermogen van verschillende structurele vormen te analyseren, om zo overeenkomstige maatregelen te nemen om ervoor te zorgen dat de permanente magneetmaterialen magneetmotor verliest geen magnetisme bij het ontwerpen en produceren.

4. Kosten

Ferriet-motor met permanente magneet, met name DC-motor met micro-permanente magneet, wordt veel gebruikt vanwege zijn eenvoudige structuur en proces, verminderde massa en lagere totale kosten dan een elektrische excitatiemotor. Omdat de huidige prijs van een zeldzame-aarde-permanente magneet nog steeds relatief duur is, zijn de kosten van een zeldzame-aarde-permanente magneetmotor over het algemeen hoger dan die van een elektrische bekrachtigingsmotor, wat moet worden gecompenseerd door de hoge prestaties en besparingen op de bedrijfskosten. In sommige gevallen, zoals bij de spreekspoelmotor van de computerschijf, worden de prestaties van de permanente Ndfeb-magneet verbeterd, wordt de volumemassa aanzienlijk verminderd en worden de totale kosten verlaagd. Bij het ontwerp is het noodzakelijk om te beslissen of er moet worden gekozen op basis van de prestatie- en prijsvergelijking op basis van de specifieke gebruiksgelegenheden en vereisten, en om de innovatie en ontwerpoptimalisatie van het structuurproces uit te voeren om de kosten te verlagen.