El desarrollo de los motores de imanes permanentes está estrechamente relacionado con el desarrollo de los materiales para imanes permanentes.

El primer motor del mundo que apareció en la década de 1920 fue un motor de imán permanente que generaba un campo magnético de excitación a partir de un imán permanente. Pero el material magnético permanente utilizado en ese momento era magnetita natural (Fe3O4), la densidad de energía magnética era muy baja y el motor fabricado con él era voluminoso y pronto fue reemplazado por el motor de excitación eléctrica.

Con las necesidades del rápido desarrollo de varios motores y la invención de los magnetizadores actuales, la gente ha llevado a cabo investigaciones en profundidad sobre el mecanismo, la composición y la tecnología de fabricación de materiales magnéticos permanentes, y ha descubierto sucesivamente el acero al carbono y el acero de tungsteno (el máximo El producto de energía magnética es de aproximadamente 2.7 kJ/m3), el acero de cobalto (el producto de energía máximo es de aproximadamente 7.2 kJ/m3) y otros materiales magnéticos permanentes. Especialmente los imanes permanentes de AlNiCo que aparecieron en la década de 1930 (el producto energético máximo puede alcanzar 85 kJ/m3) y los imanes permanentes de ferrita que aparecieron en la década de 1950 (el producto energético máximo ahora puede alcanzar 40 kJ/m3), las propiedades magnéticas son excelente. Se ha mejorado mucho y varios micromotores y pequeños motores han utilizado excitación por imán permanente.

1. material de imán permanente

Imanes para motores: Los materiales magnéticos permanentes que se utilizan habitualmente en los motores incluyen imanes sinterizados e imanes aglomerados. Los principales tipos son alnico, ferrita, samario-cobalto y neodimio-hierro-boro.

Alnico: El material magnético permanente Alnico es el más antiguo y utilizado de todos, y su proceso de preparación y tecnología están relativamente consolidados. Actualmente, existen fábricas en Japón, Estados Unidos, Europa, Rusia y China.

Material de ferrita para imanes permanentes : En la década de 1950, la ferrita comenzó a desarrollarse vigorosamente, especialmente en la década de 1970. La ferrita de estroncio, con un mejor rendimiento en términos de fuerza coercitiva y energía magnética, se empezó a producir en grandes cantidades, y el uso de la ferrita para imanes permanentes se expandió rápidamente. Como material magnético no metálico, la ferrita no presenta las desventajas de la fácil oxidación, la baja temperatura de Curie y el alto costo de los materiales metálicos para imanes permanentes, por lo que es muy popular.

El samario-cobalto es un material magnético permanente con excelentes propiedades magnéticas que surgió a mediados de la década de 1960 y cuyo rendimiento es muy estable. Si bien sus propiedades magnéticas lo hacen especialmente adecuado para la fabricación de motores, debido a su elevado precio, se utiliza principalmente en la investigación y el desarrollo de motores militares, como los de aviación, aeroespaciales y de armamento, así como en motores de alta tecnología que ofrecen un alto rendimiento a un precio accesible.

Material NdFeB: El material magnético NdFeB es una aleación de neodimio, óxido de hierro, etc., también conocido como imán. Posee una energía magnética y una fuerza coercitiva extremadamente altas, y sus ventajas, como su alta densidad energética, hacen que los imanes permanentes de NdFeB sean ampliamente utilizados en la industria moderna y la tecnología electrónica. Permite la miniaturización, la reducción de peso y el adelgazamiento. Debido a su alto contenido en neodimio y hierro, es propenso a la oxidación. La pasivación química superficial es una de las mejores soluciones disponibles actualmente.

2. La relación entre el rendimiento del imán y el rendimiento del motor.

2.1 La influencia del magnetismo residual

Para los motores de CC, bajo los mismos parámetros de devanado y condiciones de prueba, cuanto mayor sea el magnetismo residual, menor será la velocidad sin carga y menor será la corriente sin carga; cuanto mayor sea el par máximo, mayor será la eficiencia del punto de eficiencia más alto. En la prueba real, el nivel de velocidad sin carga y el par máximo se utilizan generalmente para juzgar el estándar de magnetismo residual del imán.

Para los mismos parámetros de devanado y parámetros eléctricos, la razón por la cual cuanto mayor es la remanencia, menor es la velocidad sin carga y menor es la corriente sin carga es que el motor en funcionamiento produce suficiente inductancia inversa a una velocidad relativamente baja. El voltaje generado reduce la suma algebraica de las fuerzas electromotrices aplicadas a los devanados.

2.2 La influencia de la fuerza coercitiva

Durante el funcionamiento del motor, siempre existe la influencia de la temperatura y el campo de desmagnetización inversa. Desde la perspectiva del diseño del motor, cuanto mayor es la fuerza coercitiva, menor es la dirección del espesor del acero magnético, y cuanto menor es la fuerza coercitiva, mayor es la dirección del espesor del acero magnético. Pero después de que el acero magnético excede una cierta fuerza coercitiva, es inútil, porque otros componentes del motor no pueden funcionar de manera estable a esa temperatura. Es suficiente que la fuerza coercitiva cumpla con los requisitos, y el estándar es cumplir con los requisitos en las condiciones experimentales recomendadas, y no hay necesidad de desperdiciar recursos.

2.3 La influencia de la cuadratura

La cuadratura sólo afecta la rectitud de la curva de eficiencia de la prueba de rendimiento del motor. Aunque la rectitud de la curva de eficiencia del motor no se ha incluido como un indicador estándar importante, es muy importante para la distancia continua del motor del cubo en condiciones naturales de la carretera.

Debido a las diferentes condiciones de la carretera, el motor no siempre puede funcionar en el punto de máxima eficiencia, que es una de las razones por las que la eficiencia máxima de algunos motores no es alta y la distancia de continuación es más larga. Para un buen motor en las ruedas, no sólo la eficiencia máxima debe ser alta, sino que también la curva de eficiencia debe ser lo más horizontal posible. Cuanto menor sea la pendiente de la reducción de la eficiencia, mejor. A medida que el mercado, la tecnología y los estándares de los motores en las ruedas maduren, este se convertirá gradualmente en un estándar importante.

2.4 El impacto de la coherencia en el desempeño

Magnetismo residual inconsistente: Aunque existan algunos casos con un rendimiento particularmente alto, no es lo ideal. Debido a la inconsistencia del flujo magnético en cada sección del campo magnético unidireccional, se produce vibración debido a la asimetría del par.

Fuerza coercitiva inconsistente: especialmente si la fuerza coercitiva de los componentes individuales es demasiado baja, es fácil que se produzca una desmagnetización inversa, lo que provoca un flujo magnético inconsistente en cada imán y vibraciones en el motor. Este efecto es más pronunciado en los motores sin escobillas.

3. Precauciones para motores de imanes permanentes

3.1 Estructura del circuito magnético y cálculo de diseño.

Para aprovechar al máximo las propiedades magnéticas de diversos materiales magnéticos permanentes, especialmente las excelentes propiedades magnéticas de los imanes permanentes de tierras raras, y fabricar motores magnéticos permanentes rentables, la estructura y los métodos de cálculo del diseño de los motores eléctricos o magnéticos permanentes tradicionales Los motores de excitación no se pueden aplicar simplemente, deben establecer un nuevo concepto de diseño, volver a analizar y mejorar la estructura del circuito magnético.

Con el rápido desarrollo de la tecnología de hardware y software, así como la mejora continua de los métodos de diseño modernos, como el cálculo numérico del campo electromagnético, el diseño de optimización y la tecnología de simulación, a través de los esfuerzos conjuntos de la academia eléctrica y los círculos de ingeniería, la teoría del diseño de motores de imanes permanentes. Se han logrado avances en métodos de cálculo, tecnología estructural y tecnología de control, y se ha formado y se está desarrollando un conjunto completo de métodos de análisis e investigación y software de análisis y diseño asistido por computadora que combinan el cálculo numérico del campo electromagnético y soluciones analíticas de circuitos magnéticos equivalentes. mejorado continuamente.

3.2 Problemas de control

Una vez fabricado el motor de imán permanente, puede mantener su campo magnético sin energía externa, pero también hace que sea extremadamente difícil ajustar y controlar su campo magnético desde el exterior. Es difícil para los generadores de imanes permanentes ajustar su voltaje de salida y factor de potencia desde el exterior, y los motores de CC de imanes permanentes ya no pueden ajustar su velocidad cambiando la excitación. Estos limitan el campo de aplicación de los motores de imanes permanentes.

Sin embargo, con el rápido desarrollo de dispositivos electrónicos de potencia como MOSFET e IGBT y tecnologías de control, la mayoría de los motores de imanes permanentes se pueden utilizar sin control de campo magnético, sino solo con control de armadura. El diseño debe combinar las tres nuevas tecnologías de materiales magnéticos permanentes de tierras raras, dispositivos electrónicos de potencia y control por microcomputadora para que el motor de imán permanente pueda funcionar en condiciones de trabajo completamente nuevas.

3.3 Problema de desmagnetización irreversible

Si el diseño o uso es inadecuado, el motor de imán permanente está bajo la acción de la reacción de armadura generada por la corriente de impacto cuando la temperatura es demasiado alta (imán permanente de NdFeB) o demasiado baja (imán permanente de ferrita), o bajo vibración mecánica severa. . Puede provocar una desmagnetización irreversible, reducir el rendimiento del motor o incluso inutilizarlo. Por lo tanto, es necesario investigar y desarrollar métodos y dispositivos para verificar la estabilidad térmica de los materiales de imanes permanentes adecuados para los fabricantes de motores, y analizar las capacidades antidesmagnetización de diversas formas estructurales, de modo que se puedan tomar las medidas correspondientes para garantizar el imán permanente. Los motores no pierden magnetismo.

3.4 Cuestiones de costos

Los motores de imán permanente de ferrita, especialmente los motores de CC de imán permanente en miniatura, se utilizan ampliamente debido a su estructura y proceso simples, su peso ligero y su costo total generalmente más bajo que los motores de excitación eléctrica. Dado que los imanes permanentes de tierras raras siguen siendo relativamente caros en la actualidad, el costo de los motores de imanes permanentes de tierras raras es generalmente más alto que el de los motores de excitación eléctrica, lo que debe compensarse con su alto rendimiento y ahorro de costos operativos. En algunas ocasiones, como en el motor de bobina móvil de la unidad de disco de la computadora, se mejora el rendimiento de los imanes permanentes de NdFeB, se reduce significativamente el volumen y la masa y se reduce el costo total. En el diseño, es necesario comparar el rendimiento y el precio según las ocasiones y requisitos de uso específicos para decidir la opción de innovar la estructura y el proceso y optimizar el diseño para reducir el costo.