El primer motor del mundo es un motor de imán permanente que genera un campo magnético de excitación mediante un imán permanente. El desarrollo de los motores de imán permanente va acompañado del desarrollo de materiales de imán permanente.

El acero al carbono utilizado a finales del siglo XIX ha tenido pocas mejoras en su remanencia Br durante el siglo pasado, y la mejora en el producto energético se debe al aumento de la coercitividad Hc. La mejora en la coercitividad se debe principalmente a la comprensión de su naturaleza, el descubrimiento de compuestos anisotrópicos altamente magnetocristalinos y el avance de la tecnología de preparación.

A principios del siglo XX, la gente utilizaba principalmente acero al carbono, acero de tungsteno, acero al cromo y acero al cobalto como materiales de imán permanente.

A finales de la década de 1930, el exitoso desarrollo de materiales de imanes permanentes AlNiCo hizo posible la aplicación a gran escala de materiales de imanes permanentes.

En la década de 1950, la aparición de la ferrita de bario no solo redujo el costo de los imanes permanentes, sino que también amplió el rango de aplicación de los materiales de imanes permanentes al campo de alta frecuencia.

En la década de 1960, la aparición de los imanes permanentes de cobalto de tierras raras abrió una nueva era para la aplicación de imanes permanentes.

En 1967, Strnat et al. de la Universidad de Dayton en los Estados Unidos fabricaron con éxito imanes permanentes de SmCo5 mediante el método de unión de polvos, lo que marcó el comienzo de la era de los imanes permanentes de tierras raras. Hasta ahora, los imanes permanentes de tierras raras han pasado por la primera generación de SmCo5, la segunda generación de Sm2Co17 endurecido por precipitación y han evolucionado hasta la tercera generación de materiales de imanes permanentes de Nd-Fe-B.

El valor de producción actual de los materiales de imanes permanentes de tierras raras ha superado en gran medida al de los materiales de imanes permanentes de ferrita, y la producción de materiales de imanes permanentes de tierras raras se ha convertido en una gran industria.

Características de los motores de imanes permanentes:

La potencia máxima de los motores de imán permanente ha alcanzado los 1000 kW, el diámetro mínimo es de φ0.8 mm, la velocidad máxima es de 300000 0.01 r/min y la velocidad mínima es de XNUMX r/min. Con el desarrollo de materiales de imán permanente de tierras raras, los motores de imán permanente de tierras raras tienen las siguientes características en comparación con los motores de excitación eléctrica:

Estructura sencilla y alta fiabilidad:

El uso de imanes permanentes de tierras raras puede reducir significativamente el peso del motor y reducir el volumen. La eliminación del anillo colector y las escobillas para la excitación no solo mejora la procesabilidad del motor, sino que también mejora en gran medida la confiabilidad mecánica del funcionamiento del motor y aumenta su vida útil.

Excelente actuación:

En comparación con los motores tradicionales, los motores de imanes permanentes tienen una estructura simple. El uso de imanes permanentes de tierras raras también puede aumentar la densidad de flujo del entrehierro, ajustar la velocidad del motor al valor óptimo y mejorar la relación potencia-peso. Casi todos los generadores de aviación y aeroespaciales modernos utilizan generadores de imanes permanentes de tierras raras.

Excelente rendimiento de control:

Debido al alto rendimiento de los materiales de imanes permanentes de tierras raras, la constante de par, la relación par-inercia, la densidad de potencia, etc. del motor se mejoran en gran medida. A través de un diseño razonable, los indicadores como la inercia rotacional, las constantes de tiempo eléctricas y mecánicas se pueden reducir en gran medida, que son los principales indicadores del rendimiento del servocontrol.

En los motores de imanes permanentes modernos, el diseño de los circuitos magnéticos de imanes permanentes es relativamente completo y la fuerza coercitiva de los materiales de imanes permanentes de tierras raras es alta, por lo que la capacidad de los motores de imanes permanentes para resistir la reacción de la armadura y otras desmagnetizaciones se mejora enormemente, y los parámetros de control del motor se reducen en gran medida con la influencia de perturbaciones externas.

Dado que se utilizan materiales magnéticos permanentes para reemplazar la excitación eléctrica, se reduce el diseño del devanado de excitación y el campo magnético de excitación, lo que reduce muchos parámetros como el flujo de excitación, la inductancia del devanado de excitación, la corriente de excitación, etc., reduciendo así directamente las variables o parámetros controlables.

Alta eficiencia y ahorro energético:

El motor de imán permanente de tierras raras es un producto de alta eficiencia y ahorro de energía, con una tasa de ahorro de energía promedio de más del 10%, y la tasa de ahorro de energía del motor de imán permanente de tierras raras especial puede ser tan alta como 15% a 20%. En comparación con el antiguo motor de arranque de CC excitado en serie, el motor de arranque de imán permanente de neodimio-hierro-boro desarrollado por GM en los Estados Unidos ha aumentado su eficiencia en un 45%. El uso de motores de imán permanente y tecnología de regulación de velocidad de frecuencia variable en bombas de agua, ventiladores y compresores puede ahorrar más del 30% de electricidad.

La estructura básica de los motores de imanes permanentes de tierras raras es que el rotor es una estructura de imán permanente que genera flujo de aire, el estator es una armadura y hay devanados simétricos multifásicos. La aparición de los motores sin escobillas y sin núcleo de tierras raras es el resultado del uso de nuevos materiales y nuevos procesos.

La armadura está hecha de un conjunto rígido hecho de materiales con excelente resistencia al calor, que puede funcionar de manera estable durante mucho tiempo en condiciones de alta temperatura y alta velocidad; debido a que la armadura no tiene núcleo de hierro y pequeña inductancia, la pérdida por histéresis y la pérdida por corrientes parásitas en el núcleo de hierro se eliminan por completo, y se elimina la fluctuación de torque causada por el efecto de ranura, lo que tiene un excelente rendimiento de control; alta eficiencia operativa, bajo aumento de temperatura y amplio rango de velocidad; la armadura del motor no tiene ranuras y adopta una estructura completamente sellada con plástico, y el ruido y la vibración son muy bajos cuando la carga está funcionando.

El motor sin núcleo de imán permanente de tierras raras es una innovación importante y ha logrado "tres grandes" avances en tecnología. Primero, en comparación con el diseño de estructura de campo magnético radial tradicional, se adopta el diseño de estructura de campo magnético axial, que mejora en gran medida la densidad de potencia y la relación de volumen de par. En segundo lugar, se adopta el nuevo proceso de bobinado, fundición a presión de precisión a alta presión y materiales poliméricos para reducir eficazmente la pérdida de cobre del bobinado. En tercer lugar, no se utilizan láminas de acero al silicio como materiales del núcleo del estator y del rotor, lo que elimina la amortiguación magnética y la pérdida de hierro, reduce la potencia de accionamiento y reduce la fuente de calor de pérdida de hierro.

Perspectivas futuras de los motores de imanes permanentes

El consumo eléctrico de los sistemas de motor representa aproximadamente el 60% del consumo eléctrico nacional, de los cuales los ventiladores, bombas, compresores y acondicionadores de aire representan el 10.4%, el 20.9%, el 9.4% y el 6% del consumo eléctrico nacional respectivamente. Los sistemas de motor son grandes en cantidad y de amplio alcance, con un enorme potencial de ahorro energético.

Según las estadísticas de la asociación de la industria, la capacidad instalada total de varios tipos de sistemas de motores en el país es de aproximadamente 700 millones de kW, y la eficiencia operativa es generalmente de 10 a 20 puntos porcentuales menor que el nivel avanzado en el extranjero, lo que equivale a un desperdicio de alrededor de 150 mil millones de kWh de electricidad cada año.

Las características de rendimiento más notables de los motores de imanes permanentes son su peso ligero, su alto rendimiento, su alta eficiencia y su ahorro de energía. Los motores de imanes permanentes de tierras raras de alto rendimiento son la base de muchas tecnologías nuevas e industrias de alta tecnología.

Estado actual de las aplicaciones de motores de imanes permanentes de tierras raras en el país y en el extranjero:

(1) AeroespacialEstados Unidos ha desarrollado un motor de corriente continua sin escobillas con imán permanente de tierras raras de 12.6 kW y 9,000 rpm para accionar los alerones del elevador del transbordador espacial, con una eficiencia del 95 %.

(2) Propulsión eléctrica de buques:Los buques de alto rendimiento suelen utilizar sistemas de propulsión totalmente eléctricos. Los motores de imanes permanentes se utilizan ampliamente como motores de propulsión en sistemas de propulsión eléctrica en el extranjero.

(3) Industria de ventiladores y bombas de agua:En los sistemas de propulsión de energía de los yacimientos petrolíferos, las centrales eléctricas y las empresas de producción de acero, la cantidad de cargas mecánicas, como bombas de agua y ventiladores, es la mayor. Esta es también la principal ocasión para la promoción y aplicación de los motores de tierras raras con imanes permanentes.

China ha promovido el uso de motores síncronos de imanes permanentes de tierras raras en unidades de bombeo de pozos petrolíferos y ha formado una capacidad de producción anual de más de 10,000 unidades. El funcionamiento en los yacimientos petrolíferos es bueno y ha logrado importantes beneficios técnicos y económicos.

(4) Industria de ascensores: La mayoría de los principales fabricantes de ascensores extranjeros utilizan motores síncronos de imanes permanentes para accionar máquinas de tracción sin engranajes. Su eficiencia puede ser de hasta 0.9 o más, lo que supone un ahorro de energía superior al 30 % con respecto al sistema de estructura de caja reductora + motor asíncrono de CA. Mitsubishi Elevator, Hitachi Elevator y Schindler Elevator nacionales han adoptado esta tecnología.

En la actualidad, los motores de imanes permanentes están evolucionando hacia una alta potencia (alta velocidad, alto par), una alta funcionalidad y una miniaturización. Como producto con amplias perspectivas de aplicación en el siglo XXI, su nivel de industrialización aún necesita mejorarse.

Debido a sus excelentes características y rendimiento, se cree que en un futuro cercano se utilizará ampliamente en diversos campos y penetrará en todos los aspectos de la vida diaria y la producción industrial. Con la atención y la inversión del país en el campo de los motores, los motores de imanes permanentes seguramente florecerán.