Welche Magnetmaterialien werden üblicherweise in Motoren verwendet?

Zu den in Motoren üblicherweise verwendeten Permanentmagnetmaterialien gehören Sintermagnete und gebundene Magnete, die Haupttypen sind AlNiCo, Ferrit, SmCo, NdFeB usw.

Alnico: Alnico-Dauermagnetmaterial ist das älteste weitverbreitete Dauermagnetmaterial, und seine Herstellungsprozesse und -technologien sind relativ ausgereift. Derzeit gibt es Produktionsstätten in Japan, den USA, Europa, Russland und China.

Permanentferrit: In den 1950er Jahren erlebte Ferrit einen Aufschwung, insbesondere in den 1970er Jahren, als Strontiumferrit mit seinen guten Koerzitivfeldstärken und seinem hohen magnetischen Energieertrag in großen Mengen produziert wurde. Dies führte zu einer raschen Ausweitung der Anwendungsmöglichkeiten von Permanentferrit. Als nichtmetallisches magnetisches Material weist Ferrit nicht die Nachteile metallischer Permanentmagnete wie leichte Oxidation, niedrige Curie-Temperatur und hohe Kosten auf und ist daher sehr beliebt.

Samarium-Kobalt: Ein Permanentmagnetmaterial mit hervorragenden magnetischen Eigenschaften, das Mitte der 1960er-Jahre entwickelt wurde und sich durch hohe Stabilität auszeichnet. Aufgrund seiner magnetischen Eigenschaften eignet es sich besonders für die Motorenfertigung. Wegen seines hohen Preises wird es jedoch hauptsächlich in der Forschung und Entwicklung von Militärmotoren, beispielsweise für die Luft- und Raumfahrt sowie Waffensysteme, und in Motoren für Hochleistungstechnologien eingesetzt.

NdFeB-Material : NdFeB ist ein magnetisches Material aus Neodym, Eisenoxid usw. und wird auch als Magnetstahl bezeichnet. Es zeichnet sich durch ein extrem hohes magnetisches Energieprodukt und eine hohe Koerzitivfeldstärke aus. Dank seiner hohen Energiedichte findet NdFeB als Permanentmagnet in der modernen Industrie und Elektronik breite Anwendung. Dies ermöglicht die Miniaturisierung, Gewichtsreduzierung und Verdünnung von Geräten wie Instrumenten, elektroakustischen Motoren sowie die magnetische Trennung und Magnetisierung. Aufgrund seines hohen Neodym- und Eisengehalts neigt es jedoch zu Rost.

Der Einfluss magnetischer Materialien auf die Motorleistung

Eines der strukturellen Merkmale des Motors besteht darin, dass der Statorpol aus permanentmagnetischen Materialien besteht. Die Qualität des magnetischen Materials wirkt sich direkt auf die Größe des Motormagnetkreises, das Volumen des Motors sowie die Funktionsindikatoren und Bewegungseigenschaften aus. Permanentmagnetische Materialien werden auch als hartmagnetische Materialien bezeichnet. Die Hauptmerkmale sind eine große Koerzitivkraft (Koerzitivkraft) und eine hohe Restflussdichte. Nach der Sättigungsmagnetisierung kann das permanentmagnetische Material nach dem Entfernen des externen Magnetfelds noch lange Zeit einen stabilen Magnetismus aufrechterhalten, den Permanentmagnetmotor erregen und im Luftspalt ein konstantes Magnetfeld aufbauen.

Remanenz Br, Koerzitivkraft Hcb

Nachdem der Permanentmagnet bis zur Sättigung magnetisiert ist, wird die magnetische Feldstärke (Magnetfeldstärke) H des äußeren Magnetfelds allmählich auf Null reduziert und die magnetische Flussdichte (Magnetflussdichte) B des Permanentmagneten wird von Bs auf Br reduziert, und Br wird als Remanenz bezeichnet. Das umgekehrte Magnetfeld wird angewendet, um Br auf Null zu reduzieren. Der absolute Wert der umgekehrten Magnetfeldstärke zu diesem Zeitpunkt wird als magnetische Induktionskoerzitivkraft oder kurz Koerzitivkraft (Koerzitivkraft) Hcb bezeichnet, wie in der folgenden Abbildung dargestellt. Die geschlossene BH-Magnetisierungskurve, die durch kontinuierliches und langsames Ändern der magnetischen Feldstärke des äußeren Magnetfelds für einen Zyklus gebildet wird, wird als Hystereseschleife (Magnetische Hystereseschleife) bezeichnet. Die Hystereseschleife im zweiten Quadranten ist die Entmagnetisierungskurve (Entmagnetisierungskurve), die die grundlegende charakteristische Kurve von Permanentmagnetmaterialien und eine wichtige Grundlage für die Charakterisierung der Qualität von Permanentmagnetmaterialien darstellt.

Rückstoßdurchlässigkeit r

Nachdem der Permanentmagnet magnetisiert ist, wird das äußere Magnetfeld entfernt und die magnetische Dichte ist Br. Unter der Einwirkung des Entmagnetisierungsfeldes fällt die magnetische Dichte bis zu einem bestimmten Punkt entlang der Entmagnetisierungskurve ab, wie z. B. Punkt K in der obigen Abbildung, und dann wird der Entmagnetisierungseffekt reduziert, bis die Feldstärke H = 0 ist, aber die magnetische Dichte kehrt entlang der Entmagnetisierungskurve nicht zu Br zurück, sondern zu einem niedrigeren Punkt, wie z. B. Punkt M. Später, wenn die Entmagnetisierungsfeldstärke auf Hk erhöht wird, folgt die magnetische Dichte der neuen Kurve bis zum Punkt K und bildet eine lokale kleine Schleife. Da der Bereich der lokalen Schleife sehr klein ist, kann er ungefähr durch eine gerade Linie KM dargestellt werden, die als Rückstoßlinie bezeichnet wird. Die Steigung der Rückstoßlinie wird als Rückstoßpermeabilität r bezeichnet, die ungefähr der Steigung der Entmagnetisierungskurve bei Br entspricht, d. h. die Rückstoßlinie ist parallel zur Tangente bei Br auf der Entmagnetisierungskurve. r ist ein wichtiger Parameter für den dynamischen Betrieb von permanentmagnetischen Materialien. Wenn r klein ist, weist das permanentmagnetische Material eine bessere dynamische Leistung auf.

Isotropie und Anisotropie

Aufgrund unterschiedlicher Herstellungsverfahren werden Permanentmagnetmaterialien in Isotropie (Iotropie) und Anisotropie (Anisotropie) unterteilt. Die leicht magnetisierten Achsen verschiedener Körner in isotropen Permanentmagneten sind ungeordnet ausgerichtet, sodass die Remanenz Br gering ist und nur etwa die Hälfte der magnetischen Sättigungsinduktionsintensität Bs beträgt. Auch das entsprechende maximale magnetische Energieprodukt (BH)max ist gering. Anisotrope Permanentmagnete werden durch ein Magnetfeld geformt und dann gesintert (oder gewalzt). Die leicht magnetisierten Achsen ihrer Körner sind entlang des sich bildenden Magnetfelds in die gleiche Richtung ausgerichtet, und Br liegt nahe an Bs, sodass Br etwa doppelt so hoch wie Isotropie und bei Ferrit (BH)max fast viermal so hoch ist. Daher werden für Motormagnete üblicherweise anisotrope Materialien verwendet.