Þróun segulmótora er nátengd þróun segulefna. Kína er fyrsta landið í heiminum til að uppgötva seguleiginleika varanlegra segulefna og beita þeim í reynd. Fyrir meira en 2.000 árum notaði Kína seguleiginleika varanlegra segulefna til að búa til áttavita, sem gegndu mikilvægu hlutverki í siglingum, hernaði og öðrum sviðum og urðu ein af fjórum stóru uppfinningum Forn-Kína.
Fyrsti mótorinn í heiminum, sem kom fram á þriðja áratug síðustu aldar, var segulmótor sem notaði varanlega segla til að mynda örvunarsegulsvið. Hins vegar var efnið sem notað var á þeim tíma náttúrulegt magnetít (Fe3O4), sem hafði mjög lága segulorkuþéttleika. Mótorinn sem var gerður úr honum var stór að stærð og var fljótlega skipt út fyrir raförvunarmótor.
Með hraðri þróun ýmissa mótora og uppfinningu núverandi segulmagnaðra efna hefur fólk framkvæmt ítarlegar rannsóknir á virkni, samsetningu og framleiðslutækni varanlegra segulmagnaðra efna og hefur í kjölfarið uppgötvað fjölbreytt úrval af varanlegum segulmagnuðum efnum eins og kolefnisstáli, wolframstáli (hámarks segulmagnað orkuframleiðsla um 2,7 kJ/m3) og kóbaltstáli (hámarks segulmagnað orkuframleiðsla um 7,2 kJ/m3).
Sérstaklega komu fram varanlegir segulmagnaðir ál-nikkel-kóbalt segulmagnaðir á fjórða áratug síðustu aldar (hámarks segulmagnaðir orkuframleiðsla getur náð 85 kJ/m3) og varanlegir ferrít segulmagnaðir segulmagnaðir á sjötta áratug síðustu aldar (hámarks segulmagnaðir orkuframleiðsla getur náð 40 kJ/m3) sem batnuðu seguleiginleika verulega og ýmsar ör- og smámótorar hafa byrjað að nota varanlega segulmagnaða örvun. Afl varanlegra segulmótora er á bilinu nokkurra millivötta upp í tugi kílóvötta. Þeir eru mikið notaðir í hernaðar-, iðnaðar- og landbúnaðarframleiðslu og daglegu lífi og afköst þeirra hafa aukist verulega.
Á sama tíma hafa á þessu tímabili orðið byltingar í hönnunarkenningum, reikniaðferðum, segulmögnun og framleiðslutækni varanlegra segulmótora, sem myndaði safn greiningar- og rannsóknaraðferða sem táknað er með vinnuritsaðferð varanlegra segla. Hins vegar er þvingunarkraftur AlNiCo varanlegra segla lágur (36-160 kA/m) og leifarsegulþéttleiki ferrít varanlegra segla er ekki hár (0,2-0,44 T), sem takmarkar notkunarsvið þeirra í mótorum.
Það var ekki fyrr en á sjöunda og níunda áratugnum að varanlegir seglar úr kóbalti og neodymium járnbór (sameiginlega kallaðir sjaldgæfir jarðmálmsseglar) komu fram hver á fætur öðrum. Framúrskarandi segulmagnaðir eiginleikar þeirra, svo sem mikill leifarsegulþéttleiki, mikill þvingunarkraftur, mikill segulorkuframleiðsla og línuleg afsegulmögnunarkúrfa, eru sérstaklega hentugir til framleiðslu á mótora og markaði þannig nýja sögulega þætti fyrir þróun varanlegra segulmótora.
1. Varanleg segulmagnaðir efni
Algeng efni fyrir varanlega segla í mótorum eru meðal annars sinteraðir seglar og tengdir seglar, helstu gerðirnar eru ál, nikkel, kóbalt, ferrít, samaríum, kóbalt, neodymium, járn, bór og svo framvegis.
Alnico: Alnico varanlegt segulefni er eitt elsta sem mikið er notað af varanlegum segulefnum og framleiðsluferlið og tækni þess eru tiltölulega þroskuð.
Varanlegt ferrít: Á sjötta áratugnum fór ferrít að blómstra, sérstaklega á áttunda áratugnum þegar strontíumferrít með góðri þvingunargetu og segulorku var sett í framleiðslu í miklu magni, sem jók notkun varanlegs ferríts hratt. Sem segulmagnað efni úr málmi hefur ferrít ekki ókosti eins og auðvelda oxun, lágt Curie-hitastig og hátt verð á varanlegum seglum úr málmi, þannig að það er mjög vinsælt.
Samaríumkóbalt: Segulefni með framúrskarandi segulmögnun sem kom fram um miðjan sjöunda áratuginn og hefur mjög stöðuga afköst. Samaríumkóbalt hentar sérstaklega vel til framleiðslu á mótora hvað varðar segulmögnun, en vegna hás verðs er það aðallega notað í rannsóknum og þróun á hernaðarmótorum eins og flugvélum, geimferðum og vopnum, og mótora á hátæknisviðum þar sem mikil afköst og verð eru ekki aðalþátturinn.
NdFeB: NdFeB segulmagnað efni er málmblanda af neodymium, járnoxíði o.s.frv., einnig þekkt sem segulstál. Það hefur afar háa segulorkuframleiðslu og þvingunarkraft. Á sama tíma gera kostir mikillar orkuþéttleika NdFeB varanleg segulefni mikið notuð í nútíma iðnaði og rafeindatækni, sem gerir það mögulegt að smækka, létta og þynna búnað eins og tæki, rafhljóðmótora, segulmagnaða aðskilnað og segulmagnun. Vegna þess að það inniheldur mikið magn af neodymium og járni er það auðvelt að ryðga. Yfirborðs efnaóvirkjun er ein besta lausnin í dag.
Tæringarþol, hámarks rekstrarhitastig, vinnsluafköst, lögun afmagnetiseringarferils,
og verðsamanburður á algengum varanlegum segulefnum fyrir mótora (mynd)
2.Áhrif lögunar og þols segulstáls á afköst mótorsins
1. Áhrif þykktar segulstáls
Þegar innri eða ytri segulrásin er föst, minnkar loftbilið og virkt segulflæði eykst þegar þykktin eykst. Augljóst er að tómgangshraðinn minnkar og tómgangsstraumurinn minnkar við sama leifarsegulmagn og hámarksnýtni mótorsins eykst. Hins vegar eru einnig ókostir, svo sem aukin sveifluvíxlun mótorsins og tiltölulega brattari nýtniskúrfa mótorsins. Þess vegna ætti þykkt segulstálsins í mótornum að vera eins stöðug og mögulegt er til að draga úr titringi.
2. Áhrif breiddar segulstáls
Fyrir þéttbýla segla á burstalausum mótorum má heildarbilið ekki fara yfir 0,5 mm. Ef það er of lítið verður það ekki sett upp. Ef það er of stórt mun mótorinn titra og minnka skilvirkni. Þetta er vegna þess að staðsetning Hall-þáttarins sem mælir staðsetningu segulsins samsvarar ekki raunverulegri staðsetningu segulsins og breiddin verður að vera sú sama, annars mun mótorinn hafa lága skilvirkni og mikla titring.
Fyrir burstmótora er ákveðið bil á milli seglanna, sem er frátekið fyrir vélræna umskipti. Þó að bil sé til staðar, þá hafa flestir framleiðendur strangar uppsetningaraðferðir fyrir segla til að tryggja nákvæmni uppsetningar til að tryggja nákvæma uppsetningarstöðu mótorsegulsins. Ef breidd segulsins er meiri verður hann ekki settur upp; ef breidd segulsins er of lítil mun það valda því að segullinn verður rangstilltur, mótorinn titrar meira og skilvirkni minnkar.
3. Áhrif stærðar og ófrágangs segulstáls
Ef skáskurðurinn er ekki gerður verður breytingin á segulsviðinu við jaðar segulsviðs mótorsins mikil, sem veldur púlsun í mótornum. Því stærri sem skáskurðurinn er, því minni verður titringurinn. Hins vegar veldur skáskurður almennt ákveðnu tapi á segulflæði. Fyrir sumar forskriftir er tap á segulflæði 0,5~1,5% þegar skáskurðurinn er 0,8%. Fyrir burstmótora með litla leifarsegulmögnun mun viðeigandi minnkun á stærð skáskurðarins hjálpa til við að bæta upp leifarsegulmögnunina, en púls mótorsins mun aukast. Almennt séð, þegar leifarsegulmögnunin er lítil, er hægt að stækka vikmörkin í lengdarstefnunni á viðeigandi hátt, sem getur aukið virkt segulflæði að vissu marki og haldið afköstum mótorsins nánast óbreyttum.
3. Athugasemdir um varanlega segulmótora
1. Uppbygging og hönnun segulrásar
Til að nýta seguleiginleika ýmissa varanlegra segulefna til fulls, sérstaklega framúrskarandi seguleiginleika sjaldgæfra jarðmálma, og framleiða hagkvæma varanlega segulmótora, er ekki hægt að beita einfaldlega uppbyggingu og hönnunarútreikningsaðferðum hefðbundinna varanlegra segulmótora eða rafsegulörvunarmótora. Nýjar hönnunarhugmyndir verða að vera settar fram til að endurgreina og bæta uppbyggingu segulrása. Með hraðri þróun tölvubúnaðar- og hugbúnaðartækni, sem og stöðugum umbótum á nútíma hönnunaraðferðum eins og tölulegum útreikningum á rafsegulsviði, hagræðingarhönnun og hermunartækni, og með sameiginlegu átaki bifreiðafræði- og verkfræðisamfélagsins, hafa orðið byltingar í hönnunarkenningum, útreikningsaðferðum, uppbyggingarferlum og stjórnunartækni varanlegra segulmótora, sem myndar heildstæða greiningar- og rannsóknaraðferðir og tölvustýrða greiningar- og hönnunarhugbúnað sem sameinar tölulegar útreikningar á rafsegulsviði og samsvarandi greiningarlausnir á segulrásum og er stöðugt að bæta.
2. Óafturkræft afsegulvandamál
Ef hönnun eða notkun er óviðeigandi getur varanleg segulmótor valdið óafturkræfri afsegulnun, eða afsegulnun, þegar hitastigið er of hátt (NdFeB varanleg segul) eða of lágt (ferrít varanleg segul), vegna viðbragða við armatúru af völdum höggstraums eða við mikla vélræna titring, sem mun draga úr afköstum mótorsins og jafnvel gera hann ónothæfan. Þess vegna er nauðsynlegt að rannsaka og þróa aðferðir og tæki sem henta mótorframleiðendum til að athuga hitastöðugleika varanlegs segulefnis og greina afsegulnunareiginleika ýmissa byggingarforma, svo að hægt sé að grípa til viðeigandi ráðstafana við hönnun og framleiðslu til að tryggja að varanleg segulmótor missi ekki segulmagn.
3. Kostnaðarmál
Þar sem varanlegir segulmagnaðir jarðmálmar eru enn tiltölulega dýrir, er kostnaður við varanleg segulmótora með sjaldgæfum jarðmálmum almennt hærri en við raförvunarmótora, sem þarf að bæta upp með mikilli afköstum og sparnaði í rekstrarkostnaði. Í sumum tilfellum, svo sem með raddspólumótorum fyrir tölvudiskadrif, bætir notkun NdFeB varanlegra segla afköst, dregur verulega úr rúmmáli og massa og lækkar heildarkostnað. Við hönnun er nauðsynlegt að bera saman afköst og verð út frá tilteknum notkunartilvikum og kröfum, og að nýskapa uppbyggingarferli og hámarka hönnun til að lækka kostnað.
Anhui Mingteng rafsegulbúnaður með varanlegum seglum ehf. (https://www.mingtengmotor.com/Afmagnetiseringshraðinn á segulstáli með varanlegum segulmótorum er ekki meiri en einn þúsundasti á ári.
Segulmagnað efni í snúningshluta segulmótorsins hjá fyrirtækinu okkar notar sintrað NdFeB með mikilli segulorku og mikilli innri þvingunargetu. Hefðbundnar gæðaflokkar eru N38SH, N38UH, N40UH, N42UH og svo framvegis. Tökum N38SH, sem er algeng gæðaflokkur hjá fyrirtækinu okkar, sem dæmi: 38- táknar hámarks segulorkuflokk 38MGOe; SH táknar hámarkshitaþol upp á 150°C. UH hefur hámarkshitaþol upp á 180°C. Fyrirtækið hefur hannað fagleg verkfæri og leiðbeiningar fyrir samsetningu segulstáls og greint pólun samsetta segulstálsins með sanngjörnum hætti, þannig að hlutfallslegt segulflæðisgildi hverrar raufar segulstálsins sé nálægt, sem tryggir samhverfu segulrásarinnar og gæði samsetningar segulstálsins.
Höfundarréttur: Þessi grein er endurprentun af opinbera númerinu „Motor dagsins“ á WeChat, upprunalega tengillinn https://mp.weixin.qq.com/s/zZn3UsYZeDwicEDwIdsbPg
Þessi grein endurspeglar ekki skoðanir fyrirtækisins okkar. Ef þú hefur aðrar skoðanir eða skoðanir, vinsamlegast leiðréttu okkur!
Birtingartími: 30. ágúst 2024