De ontwikkeling van permanentmagneetmotoren is nauw verbonden met de ontwikkeling van permanentmagneetmaterialen.

De eerste motor ter wereld die in de jaren twintig verscheen, was een motor met permanente magneet die een magnetisch excitatieveld genereerde uit een permanente magneet. Maar het permanente magneetmateriaal dat destijds werd gebruikt, was natuurlijk magnetiet (Fe1920O3), de magnetische energiedichtheid was erg laag en de motor die ervan werd gemaakt was omvangrijk en werd al snel vervangen door de elektrische excitatiemotor.

Met de behoeften van de snelle ontwikkeling van verschillende motoren en de uitvinding van de huidige magnetisatoren hebben mensen diepgaand onderzoek gedaan naar het mechanisme, de samenstelling en de productietechnologie van permanente magneetmaterialen, en hebben ze achtereenvolgens koolstofstaal en wolfraamstaal ontdekt (de maximale het magnetische energieproduct is ongeveer 2.7 kJ/m3), kobaltstaal (maximaal energieproduct ongeveer 7.2 kJ/m3) en andere permanente magneetmaterialen. Vooral de AlNiCo permanente magneten die in de jaren dertig verschenen (het maximale energieproduct kan 1930 kJ/m85 bereiken) en de ferriet permanente magneten die in de jaren vijftig verschenen (het maximale energieproduct kan nu 3 kJ/m1950 bereiken) zijn de magnetische eigenschappen uitstekend. Het is aanzienlijk verbeterd en verschillende micro- en kleine motoren hebben permanente magneetbekrachtiging gebruikt.

1. Permanent magneetmateriaal

Motormagneten: De permanente magneetmaterialen die gewoonlijk in motoren worden gebruikt, omvatten gesinterde magneten en gebonden magneten. De belangrijkste typen zijn alnico, ferriet, samariumkobalt en neodymiumijzerboor.

Alnico: Alnico is het oudste en meest gebruikte permanente magneetmateriaal, en de productieprocessen en -technologie zijn relatief volwassen. Momenteel zijn er fabrieken in Japan, de Verenigde Staten, Europa, Rusland en China.

Permanent magnetisch ferrietmateriaal : In de jaren 1950 begon de ontwikkeling van ferriet een hoge vlucht te nemen, vooral in de jaren 1970 werd strontiumferriet, met betere prestaties op het gebied van coërcitieve kracht en magnetische energie, op grote schaal geproduceerd. Het gebruik van permanent magnetisch ferriet nam daardoor snel toe. Als niet-metallisch magnetisch materiaal heeft ferriet niet de nadelen van gemakkelijke oxidatie, lage Curie-temperatuur en hoge kosten van metalen permanent magneetmaterialen, waardoor het zeer populair is.

Samariumkobalt is een permanent magneetmateriaal met uitstekende magnetische eigenschappen dat halverwege de jaren zestig op de markt kwam en zeer stabiele prestaties levert. Samariumkobalt is vanwege zijn magnetische eigenschappen bijzonder geschikt voor de productie van motoren, maar vanwege de hoge prijs wordt het voornamelijk gebruikt in onderzoek en ontwikkeling van militaire motoren, zoals voor de luchtvaart, ruimtevaart, wapens en hightechmotoren die hoge prestaties leveren, maar niet per se duur zijn.

NdFeB-materiaal: NdFeB-magnetisch materiaal is een legering van neodymium, ijzeroxide, enz., ook wel bekend als een magneet. Het heeft extreem hoge magnetische energieproducten en coërcitieve kracht, en de voordelen van een hoge energiedichtheid maken NdFeB-permanente magneetmaterialen breed toepasbaar in de moderne industrie en elektronica. Miniaturisatie, gewichtsvermindering en dunner maken zijn mogelijk. Omdat het veel neodymium en ijzer bevat, is het gevoelig voor roestvorming. Oppervlaktechemische passivering is momenteel een van de beste oplossingen.

2. De relatie tussen magneetprestaties en motorprestaties

2.1 De invloed van restmagnetisme

Voor DC-motoren, onder dezelfde wikkelingsparameters en testomstandigheden, geldt: hoe hoger het restmagnetisme, hoe lager de nullastsnelheid en hoe kleiner de nullaststroom; hoe groter het maximale koppel, hoe hoger de efficiëntie van het hoogste efficiëntiepunt. Bij de daadwerkelijke test worden over het algemeen het niveau van de nullastsnelheid en het maximale koppel gebruikt om de norm voor restmagnetisme van de magneet te beoordelen.

Voor dezelfde wikkelingsparameters en elektrische parameters is de reden waarom hoe hoger de remanentie, hoe lager de nullastsnelheid en hoe kleiner de nullaststroom, dat de motor in bedrijf voldoende omgekeerde inductie produceert bij een relatief lage snelheid. De gegenereerde spanning vermindert de algebraïsche som van de elektromotorische krachten die op de wikkelingen worden uitgeoefend.

2.2 De invloed van dwang

Tijdens de werking van de motor is er altijd de invloed van temperatuur en omgekeerd demagnetisatieveld. Vanuit het perspectief van het motorontwerp geldt: hoe hoger de dwangkracht, hoe kleiner de dikterichting van het magnetische staal, en hoe kleiner de dwangkracht, hoe groter de dikterichting van het magnetische staal. Maar nadat het magnetische staal een bepaalde dwangkracht heeft overschreden, is het nutteloos, omdat andere componenten van de motor bij die temperatuur niet stabiel kunnen werken. Het is voldoende dat de dwangkracht aan de vereisten voldoet, en de norm is om aan de vereisten te voldoen onder de aanbevolen experimentele omstandigheden, en het is niet nodig om hulpbronnen te verspillen.

2.3 De invloed van haaksheid

De haaksheid heeft alleen invloed op de rechtheid van de efficiëntiecurve van de motorprestatietest. Hoewel de rechtheid van de motorefficiëntiecurve niet als belangrijke indicatorstandaard is vermeld, is deze wel van groot belang voor de verdere afstand van de naafmotor onder natuurlijke wegomstandigheden.

Vanwege verschillende wegomstandigheden kan de motor niet altijd op het maximale efficiëntiepunt werken, wat een van de redenen is waarom het maximale rendement van sommige motoren niet hoog is en de voortzettingsafstand langer is. Voor een goede in-wheel motor moet niet alleen het maximale rendement hoog zijn, maar ook de rendementscurve moet zo horizontaal mogelijk zijn. Hoe kleiner de helling van de efficiëntievermindering, hoe beter. Naarmate de markt, de technologie en de standaarden voor wielmotoren volwassener worden, zal dit geleidelijk een belangrijke standaard worden.

2.4 De impact van prestatieconsistentie

Inconsistent restmagnetisme: Zelfs als er individuele exemplaren zijn met bijzonder hoge prestaties, is dat niet goed. Door de inconsistentie van de magnetische flux in elk unidirectioneel magnetisch veldgedeelte ontstaan ​​trillingen als gevolg van de asymmetrie van het koppel.

Inconsistente coërcitieve kracht: vooral als de coërcitieve kracht van de afzonderlijke componenten te laag is, kan er gemakkelijk omgekeerde demagnetisatie optreden. Dit resulteert in een inconsistente magnetische flux van elke magneet en veroorzaakt trillingen in de motor. Dit effect is sterker bij borstelloze motoren.

3. Voorzorgsmaatregelen voor permanentmagneetmotoren

3.1 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 vervaardigen, moeten de structuur en ontwerpberekeningsmethoden van traditionele permanente magneetmotoren of elektrische excitatiemotoren kunnen niet eenvoudigweg worden toegepast, ze moeten een nieuw ontwerpconcept opstellen, de magnetische circuitstructuur opnieuw analyseren en 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, door de gezamenlijke inspanningen van de elektrische academische wereld en technische kringen, is de ontwerptheorie van permanente magneetmotoren. Er zijn doorbraken gemaakt op het gebied van berekeningsmethoden, structurele technologie en besturingstechnologie, en er is een complete reeks analyse- en onderzoeksmethoden en computerondersteunde analyse- en ontwerpsoftware gevormd die numerieke berekening van elektromagnetische velden en gelijkwaardige analytische oplossingen voor magnetische circuits combineert, en die nog in de maak zijn. voortdurend verbeterd.

3.2 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 voor permanente magneetgeneratoren moeilijk om hun uitgangsspanning en arbeidsfactor van buitenaf aan te passen, en gelijkstroommotoren met permanente magneet kunnen hun snelheid niet langer aanpassen door de bekrachtiging te veranderen. Deze beperken het toepassingsbereik van permanentmagneetmotoren.

Met de snelle ontwikkeling van vermogenselektronische apparaten zoals MOSFET's en IGBT's en besturingstechnologieën kunnen de meeste permanentmagneetmotoren echter worden gebruikt zonder magnetische veldcontrole, maar alleen met ankercontrole. Het ontwerp moet de drie nieuwe technologieën van zeldzame aardmetalen permanente magneetmaterialen, vermogenselektronica en microcomputerbesturing combineren, zodat de permanente magneetmotor onder gloednieuwe werkomstandigheden kan werken.

3.3 Onomkeerbaar demagnetisatieprobleem

Als het ontwerp of het gebruik onjuist is, staat de permanentmagneetmotor onder invloed van de ankerreactie die wordt gegenereerd door de slagstroom wanneer de temperatuur te hoog (NdFeB permanente magneet) of te laag is (ferriet permanente magneet), of onder ernstige mechanische trillingen . Het kan onomkeerbare demagnetisatie veroorzaken, de prestaties van de motor verminderen of zelfs onbruikbaar maken. Daarom is het noodzakelijk om methoden en apparaten te onderzoeken en te ontwikkelen voor het controleren van de thermische stabiliteit van permanente magneetmaterialen die geschikt zijn voor motorfabrikanten, en om de anti-demagnetisatiemogelijkheden van verschillende structurele vormen te analyseren, zodat overeenkomstige maatregelen kunnen worden genomen om de permanente magneet te garanderen motoren verliezen geen magnetisme.

3.4 Kostenkwesties

Ferrietmotoren met permanente magneet, vooral miniatuurgelijkstroommotoren met permanente magneet, worden veel gebruikt vanwege hun eenvoudige structuur en proces, lichtgewicht en over het algemeen lagere totale kosten dan elektrische excitatiemotoren. Omdat permanente magneten van zeldzame aardmetalen momenteel nog relatief duur zijn, zijn de kosten van motoren van zeldzame aardse permanente magneetmotoren over het algemeen hoger dan die van elektrische excitatiemotoren, wat gecompenseerd moet worden door hun hoge prestaties en besparingen op de bedrijfskosten. In sommige gevallen, zoals bij de spreekspoelmotor van de computerschijf, worden de prestaties van permanente NdFeB-magneten verbeterd, worden het volume en de massa aanzienlijk verminderd en worden de totale kosten verlaagd. Bij het ontwerp is het noodzakelijk om de prestaties en de prijs te vergelijken op basis van de specifieke gebruiksgelegenheden en vereisten om de keuze te beslissen om de structuur en het proces te innoveren en het ontwerp te optimaliseren om de kosten te verlagen.