Le développement des moteurs à aimants permanents est étroitement lié au développement des matériaux à aimants permanents. La Chine est le premier pays au monde à découvrir les propriétés magnétiques des matériaux à aimants permanents et à les mettre en pratique. Il y a plus de 2 000 ans, la Chine a utilisé les propriétés magnétiques des matériaux à aimants permanents pour fabriquer des boussoles, qui ont joué un rôle énorme dans la navigation, l'armée et dans d'autres domaines, et sont devenues l'une des quatre grandes inventions de la Chine ancienne.
Le premier moteur au monde, apparu dans les années 1920, était un moteur à aimant permanent qui utilisait des aimants permanents pour générer des champs magnétiques d’excitation. Cependant, le matériau d’aimant permanent utilisé à cette époque était la magnétite naturelle (Fe3O4), qui avait une très faible densité d’énergie magnétique. Le moteur qui en était composé était de grande taille et fut bientôt remplacé par le moteur électrique à excitation.
Avec le développement rapide de divers moteurs et l'invention des magnétiseurs actuels, les gens ont mené des recherches approfondies sur le mécanisme, la composition et la technologie de fabrication des matériaux magnétiques permanents, et ont successivement découvert une variété de matériaux magnétiques permanents tels que l'acier au carbone, le tungstène. l'acier (produit énergétique magnétique maximal d'environ 2,7 kJ/m3) et l'acier au cobalt (produit énergétique magnétique maximal d'environ 7,2 kJ/m3).
En particulier, l'apparition des aimants permanents en aluminium-nickel-cobalt dans les années 1930 (le produit d'énergie magnétique maximum peut atteindre 85 kJ/m3) et des aimants permanents en ferrite dans les années 1950 (le produit d'énergie magnétique maximum peut atteindre 40 kJ/m3) ont considérablement amélioré les propriétés magnétiques. , et divers micro et petits moteurs ont commencé à utiliser l'excitation à aimant permanent. La puissance des moteurs à aimant permanent varie de quelques milliwatts à des dizaines de kilowatts. Ils sont largement utilisés dans la production militaire, industrielle et agricole ainsi que dans la vie quotidienne, et leur production a considérablement augmenté.
En conséquence, au cours de cette période, des percées ont été réalisées dans la théorie de la conception, les méthodes de calcul, la magnétisation et la technologie de fabrication des moteurs à aimants permanents, formant un ensemble de méthodes d'analyse et de recherche représentées par la méthode du diagramme de travail à aimant permanent. Cependant, la force coercitive des aimants permanents AlNiCo est faible (36-160 kA/m) et la densité magnétique rémanente des aimants permanents en ferrite n'est pas élevée (0,2-0,44 T), ce qui limite leur plage d'application dans les moteurs.
Ce n'est que dans les années 1960 et 1980 que les aimants permanents en cobalt et en néodyme fer-bore (collectivement appelés aimants permanents en terres rares) sont apparus les uns après les autres. Leurs excellentes propriétés magnétiques de densité magnétique rémanente élevée, de force coercitive élevée, de produit d'énergie magnétique élevée et de courbe de démagnétisation linéaire sont particulièrement adaptées à la fabrication de moteurs, ouvrant ainsi la voie au développement de moteurs à aimants permanents dans une nouvelle période historique.
1. Matériaux magnétiques permanents
Les matériaux à aimants permanents couramment utilisés dans les moteurs comprennent les aimants frittés et les aimants liés, les principaux types sont l'aluminium-nickel-cobalt, la ferrite, le samarium-cobalt, le néodyme, le fer et le bore, etc.
Alnico : Le matériau à aimant permanent Alnico est l’un des premiers matériaux à aimant permanent largement utilisés, et son processus de préparation et sa technologie sont relativement matures.
Ferrite permanente : dans les années 1950, la ferrite a commencé à prospérer, en particulier dans les années 1970, lorsque la ferrite de strontium présentant une bonne coercivité et de bonnes performances énergétiques magnétiques a été mise en production en grande quantité, élargissant rapidement l'utilisation de la ferrite permanente. En tant que matériau magnétique non métallique, la ferrite ne présente pas les inconvénients d'une oxydation facile, d'une faible température de Curie et du coût élevé des matériaux métalliques à aimant permanent, elle est donc très populaire.
Samarium cobalt : Un matériau à aimant permanent doté d'excellentes propriétés magnétiques qui a émergé au milieu des années 1960 et présente des performances très stables. Le samarium cobalt est particulièrement adapté à la fabrication de moteurs en termes de propriétés magnétiques, mais en raison de son prix élevé, il est principalement utilisé dans la recherche et le développement de moteurs militaires tels que l'aviation, l'aérospatiale et l'armement, ainsi que de moteurs dans les domaines de haute technologie où les performances élevées et le prix ne sont pas le facteur principal.
NdFeB : Le matériau magnétique NdFeB est un alliage de néodyme, d'oxyde de fer, etc., également appelé acier magnétique. Il a un produit d’énergie magnétique et une force coercitive extrêmement élevés. Dans le même temps, les avantages de la haute densité énergétique font que les matériaux à aimant permanent NdFeB sont largement utilisés dans l'industrie moderne et la technologie électronique, permettant de miniaturiser, d'alléger et d'affiner des équipements tels que des instruments, des moteurs électroacoustiques, la séparation magnétique et la magnétisation. Parce qu’il contient une grande quantité de néodyme et de fer, il est facile de rouiller. La passivation chimique de surface est actuellement l'une des meilleures solutions.
Résistance à la corrosion, température de fonctionnement maximale, performances de traitement, forme de la courbe de démagnétisation,
et comparaison des prix des matériaux à aimants permanents couramment utilisés pour les moteurs (Figure)
2.L'influence de la forme et de la tolérance de l'acier magnétique sur les performances du moteur
1. Influence de l'épaisseur de l'acier magnétique
Lorsque le circuit magnétique interne ou externe est fixe, l'entrefer diminue et le flux magnétique effectif augmente lorsque l'épaisseur augmente. La manifestation évidente est que la vitesse à vide diminue et que le courant à vide diminue sous le même magnétisme résiduel, et que l'efficacité maximale du moteur augmente. Cependant, il existe également des inconvénients, tels qu'une vibration de commutation accrue du moteur et une courbe de rendement du moteur relativement plus raide. Par conséquent, l’épaisseur de l’acier magnétique du moteur doit être aussi constante que possible pour réduire les vibrations.
2.Influence de la largeur de l'acier magnétique
Pour les aimants de moteur sans balais étroitement espacés, l'écart cumulé total ne peut pas dépasser 0,5 mm. S'il est trop petit, il ne sera pas installé. S'il est trop gros, le moteur vibrera et réduira son efficacité. En effet, la position de l'élément Hall qui mesure la position de l'aimant ne correspond pas à la position réelle de l'aimant et la largeur doit être cohérente, sinon le moteur aura un faible rendement et des vibrations importantes.
Pour les moteurs à balais, il existe un certain espace entre les aimants, réservé à la zone de transition de commutation mécanique. Bien qu'il existe un écart, la plupart des fabricants ont des procédures strictes d'installation de l'aimant pour garantir la précision de l'installation afin de garantir la position d'installation précise de l'aimant du moteur. Si la largeur de l’aimant dépasse, il ne sera pas installé ; si la largeur de l'aimant est trop petite, l'aimant sera mal aligné, le moteur vibrera davantage et l'efficacité sera réduite.
3. L'influence de la taille du chanfrein en acier magnétique et du non-chanfrein
Si le chanfrein n'est pas effectué, le taux de changement du champ magnétique au bord du champ magnétique du moteur sera important, provoquant la pulsation du moteur. Plus le chanfrein est grand, plus la vibration est faible. Cependant, le chanfreinage entraîne généralement une certaine perte de flux magnétique. Pour certaines spécifications, la perte de flux magnétique est de 0,5 à 1,5 % lorsque le chanfrein est de 0,8. Pour les moteurs à balais avec un faible magnétisme résiduel, une réduction appropriée de la taille du chanfrein aidera à compenser le magnétisme résiduel, mais la pulsation du moteur augmentera. D'une manière générale, lorsque le magnétisme résiduel est faible, la tolérance dans le sens de la longueur peut être élargie de manière appropriée, ce qui peut augmenter le flux magnétique effectif dans une certaine mesure et maintenir les performances du moteur pratiquement inchangées.
3.Remarques sur les moteurs à aimants permanents
1. Structure du circuit magnétique et calcul de conception
Afin de tirer pleinement parti des propriétés magnétiques de divers matériaux à aimants permanents, en particulier des excellentes propriétés magnétiques des aimants permanents de terres rares, et de fabriquer des moteurs à aimants permanents rentables, il n'est pas possible d'appliquer simplement les méthodes de calcul de structure et de conception de moteurs à aimants permanents traditionnels ou moteurs à excitation électromagnétique. De nouveaux concepts de conception doivent être établis pour réanalyser et améliorer la structure du circuit magnétique. Avec le développement rapide de la technologie du matériel informatique et des logiciels, ainsi que l'amélioration continue des méthodes de conception modernes telles que le calcul numérique du champ électromagnétique, la conception d'optimisation et la technologie de simulation, et grâce aux efforts conjoints des communautés universitaires et techniques du moteur, des percées ont été réalisé dans la théorie de la conception, les méthodes de calcul, les processus structurels et les technologies de contrôle des moteurs à aimants permanents, formant un ensemble complet de méthodes d'analyse et de recherche et de logiciels d'analyse et de conception assistés par ordinateur qui combinent le calcul numérique du champ électromagnétique et une solution analytique de circuit magnétique équivalente, et est continuellement amélioré.
2. Problème de démagnétisation irréversible
Si la conception ou l'utilisation est inappropriée, le moteur à aimant permanent peut produire une démagnétisation irréversible, ou une démagnétisation, lorsque la température est trop élevée (aimant permanent NdFeB) ou trop basse (aimant permanent en ferrite), sous la réaction d'induit provoquée par le courant d'impact, ou sous de fortes vibrations mécaniques, ce qui réduira les performances du moteur et même le rendra inutilisable. Par conséquent, il est nécessaire d'étudier et de développer des méthodes et des dispositifs adaptés aux fabricants de moteurs pour vérifier la stabilité thermique des matériaux à aimants permanents et d'analyser les capacités anti-démagnétisation de diverses formes structurelles, afin que les mesures correspondantes puissent être prises lors de la conception et de la fabrication. pour garantir que le moteur à aimant permanent ne perd pas son magnétisme.
3. Problèmes de coûts
Étant donné que les aimants permanents aux terres rares sont encore relativement chers, le coût des moteurs à aimants permanents aux terres rares est généralement plus élevé que celui des moteurs à excitation électrique, ce qui doit être compensé par leurs performances élevées et leurs économies en coûts d'exploitation. Dans certaines occasions, comme dans le cas des moteurs à bobine acoustique pour lecteurs de disques informatiques, l'utilisation d'aimants permanents NdFeB améliore les performances, réduit considérablement le volume et la masse, ainsi que les coûts totaux. Lors de la conception, il est nécessaire de comparer les performances et les prix en fonction d'occasions et d'exigences d'utilisation spécifiques, d'innover dans les processus structurels et d'optimiser les conceptions pour réduire les coûts.
Anhui Mingteng Équipement électromécanique à aimant permanent Co., Ltd.https://www.mingtengmotor.com/). Le taux de démagnétisation de l’acier magnétique des moteurs à aimants permanents ne dépasse pas un millième par an.
Le matériau à aimant permanent du rotor du moteur à aimant permanent de notre société adopte un produit à haute énergie magnétique et du NdFeB fritté à coercivité intrinsèque élevée, et les qualités conventionnelles sont N38SH, N38UH, N40UH, N42UH, etc. Prenez le N38SH, une qualité couramment utilisée par notre société. , à titre d'exemple : 38- représente le produit d'énergie magnétique maximal de 38MGOe ; SH représente la résistance à la température maximale de 150 ℃. UH a une résistance à la température maximale de 180 ℃. La société a conçu des outils professionnels et des dispositifs de guidage pour l'assemblage de l'acier magnétique et a analysé qualitativement la polarité de l'acier magnétique assemblé avec des moyens raisonnables, de sorte que la valeur relative du flux magnétique de chaque acier magnétique à fente soit proche, ce qui garantit la symétrie du magnétique. circuit et la qualité de l'assemblage magnétique en acier.
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Heure de publication : 30 août 2024