Der weltweit erste Motor ist ein Permanentmagnetmotor, der durch einen Permanentmagneten ein Erregermagnetfeld erzeugt. Die Entwicklung von Permanentmagnetmotoren geht tatsächlich mit der Entwicklung von Permanentmagnetmaterialien einher.

Der Ende des 19. Jahrhunderts verwendete Kohlenstoffstahl hat im Laufe des letzten Jahrhunderts nur geringe Verbesserungen in seiner Remanenz Br erfahren, und die Verbesserung des Energieprodukts ist auf die Erhöhung der Koerzitivfeldstärke Hc zurückzuführen. Die Verbesserung der Koerzitivfeldstärke ist hauptsächlich auf das Verständnis ihrer Natur, die Entdeckung hochmagnetokristalliner anisotroper Verbindungen und die Weiterentwicklung der Herstellungstechnologie zurückzuführen.

Im frühen 20. Jahrhundert wurden als Permanentmagnetmaterialien hauptsächlich Kohlenstoffstahl, Wolframstahl, Chromstahl und Kobaltstahl verwendet.

In den späten 1930er Jahren ermöglichte die erfolgreiche Entwicklung von AlNiCo-Permanentmagnetmaterialien die großflächige Anwendung von Permanentmagnetmaterialien.

In den 1950er Jahren reduzierte das Aufkommen von Bariumferrit nicht nur die Kosten für Permanentmagnete, sondern erweiterte auch den Anwendungsbereich von Permanentmagnetmaterialien auf den Hochfrequenzbereich.

In den 1960er Jahren leitete das Aufkommen von Seltenerd-Kobalt-Dauermagneten eine neue Ära für die Anwendung von Permanentmagneten ein.

1967 gelang es Strnat et al. von der Dayton University in den USA, SmCo5-Permanentmagnete durch Pulverbindung herzustellen, was den Beginn der Ära der Seltenerd-Permanentmagnete markierte. Bislang haben Seltenerd-Permanentmagnete die erste Generation von SmCo5, die zweite Generation von ausscheidungshärtendem Sm2Co17 und die dritte Generation von Nd-Fe-B-Permanentmagnetmaterialien durchlaufen.

Der aktuelle Produktionswert von Permanentmagnetmaterialien aus Seltenerdmetallen übersteigt den von Permanentmagnetmaterialien aus Ferrit bei weitem, und die Herstellung von Permanentmagnetmaterialien aus Seltenerdmetallen hat sich zu einem großen Industriezweig entwickelt.

Eigenschaften von Permanentmagnetmotoren:

Die maximale Leistung von Permanentmagnetmotoren hat 1000 kW erreicht, der Mindestdurchmesser beträgt φ0.8 mm, die maximale Drehzahl beträgt 300000 U/min und die Mindestdrehzahl beträgt 0.01 U/min. Mit der Entwicklung von Seltenerd-Permanentmagnetmaterialien weisen Seltenerd-Permanentmagnetmotoren im Vergleich zu elektrischen Erregermotoren die folgenden Eigenschaften auf:

Einfacher Aufbau und hohe Zuverlässigkeit:

Durch die Verwendung von Seltenerd-Permanentmagneten kann das Gewicht des Motors erheblich reduziert und das Volumen verringert werden. Der Wegfall des Schleifrings und der Bürsten zur Erregung verbessert nicht nur die Verarbeitbarkeit des Motors, sondern erhöht auch die mechanische Zuverlässigkeit des Motorbetriebs erheblich und verlängert seine Lebensdauer.

Hervorragende Leistung:

Im Vergleich zu herkömmlichen Motoren haben Permanentmagnetmotoren eine einfache Struktur. Die Verwendung von Seltenerd-Permanentmagneten kann auch die Luftspaltflussdichte erhöhen, die Motordrehzahl auf den optimalen Wert einstellen und das Leistungsgewicht verbessern. Fast alle modernen Generatoren in der Luft- und Raumfahrt verwenden Seltenerd-Permanentmagnetgeneratoren.

Hervorragende Regelleistung:

Aufgrund der hohen Leistungsfähigkeit von Permanentmagnetmaterialien aus seltenen Erden werden Drehmomentkonstante, Drehmoment-Trägheits-Verhältnis, Leistungsdichte usw. des Motors erheblich verbessert. Durch ein vernünftiges Design können Indikatoren wie Rotationsträgheit, elektrische und mechanische Zeitkonstanten, die die Hauptindikatoren für die Leistung der Servosteuerung sind, erheblich reduziert werden.

Bei modernen Permanentmagnetmotoren ist das Design der Permanentmagnet-Magnetkreise relativ vollständig und die Koerzitivkraft der Permanentmagnetmaterialien aus Seltenerdmetallen hoch. Daher ist die Widerstandsfähigkeit von Permanentmagnetmotoren gegen Ankerreaktionen und andere Entmagnetisierungen erheblich verbessert und die Steuerparameter des Motors werden durch den Einfluss externer Störungen stark reduziert.

Da permanentmagnetische Materialien verwendet werden, um die elektrische Erregung zu ersetzen, wird die Konstruktion der Erregerwicklung und des Erregermagnetfelds reduziert, wodurch viele Parameter wie Erregerfluss, Induktivität der Erregerwicklung, Erregerstrom usw. reduziert werden, was wiederum die steuerbaren Variablen oder Parameter direkt reduziert.

Hohe Effizienz und Energieeinsparung:

Der Seltenerd-Permanentmagnetmotor ist ein hocheffizientes und energiesparendes Produkt mit einer durchschnittlichen Energieeinsparungsrate von mehr als 10 %. Die Energieeinsparungsrate eines speziellen Seltenerd-Permanentmagnetmotors kann sogar 15 bis 20 % betragen. Im Vergleich zum alten seriell erregten Gleichstromstartmotor hat der von GM in den USA entwickelte Neodym-Eisen-Bor-Permanentmagnetstarter seine Effizienz um 45 % gesteigert. Der Einsatz von Permanentmagnetmotoren und frequenzgeregelter Drehzahlregelungstechnologie in Wasserpumpen, Lüftern und Kompressoren kann mehr als 30 % Strom sparen.

Die Grundstruktur von Seltenerd-Permanentmagnetmotoren besteht darin, dass der Rotor eine Permanentmagnetstruktur ist, die einen Luftspaltfluss erzeugt, der Stator ein Anker ist und mehrphasige symmetrische Wicklungen vorhanden sind. Die Entstehung von kernlosen bürstenlosen Seltenerdmotoren ist das Ergebnis der Verwendung neuer Materialien und neuer Prozesse.

Der Anker besteht aus einem starren Ganzen aus Materialien mit ausgezeichneter Hitzebeständigkeit, das unter Hochtemperatur- und Hochgeschwindigkeitsbedingungen lange Zeit stabil arbeiten kann. Da der Anker keinen Eisenkern und eine geringe Induktivität hat, werden der Hystereseverlust und der Wirbelstromverlust im Eisenkern vollständig eliminiert und die durch den Schlitzeffekt verursachte Drehmomentschwankung wird eliminiert, was eine ausgezeichnete Steuerleistung ermöglicht. Hohe Betriebseffizienz, geringer Temperaturanstieg und großer Geschwindigkeitsbereich; Der Anker des Motors hat keine Schlitze und nimmt eine vollständig kunststoffversiegelte Struktur an, und das Geräusch und die Vibration sind beim Betrieb der Last sehr gering.

Der kernlose Motor mit Seltenerd-Permanentmagneten ist eine bedeutende Innovation und hat „drei große“ technologische Durchbrüche erzielt. Erstens wird im Vergleich zum herkömmlichen radialen Magnetfeldstrukturdesign das axiale Magnetfeldstrukturdesign übernommen, was die Leistungsdichte und das Drehmoment-Volumen-Verhältnis erheblich verbessert. Zweitens werden das neue Wicklungsverfahren, Hochdruck-Präzisionsdruckguss und Polymermaterialien verwendet, um den Kupferverlust der Wicklung effektiv zu reduzieren. Drittens werden keine Siliziumstahlbleche als Stator- und Rotorkernmaterialien verwendet, was magnetische Dämpfung und Eisenverlust eliminiert, die Antriebsleistung reduziert und die Eisenverlust-Wärmequelle verringert.

Zukunftsaussichten von Permanentmagnetmotoren

Der Stromverbrauch von Motorsystemen macht etwa 60 % des nationalen Stromverbrauchs aus, wobei Ventilatoren, Pumpen, Kompressoren und Klimaanlagen 10.4 %, 20.9 %, 9.4 % bzw. 6 % des nationalen Stromverbrauchs ausmachen. Motorsysteme sind zahlreich und weit verbreitet und bieten ein enormes Potenzial zur Energieeinsparung.

Statistiken des Industrieverbands zufolge beträgt die gesamte installierte Kapazität verschiedener Arten von Motorsystemen im Land etwa 700 Millionen Kilowatt, und die Betriebseffizienz ist im Allgemeinen 10 bis 20 Prozentpunkte niedriger als das fortschrittliche Niveau im Ausland, was einer Verschwendung von etwa 150 Milliarden Kilowattstunden Strom pro Jahr entspricht.

Die bemerkenswertesten Leistungsmerkmale von Permanentmagnetmotoren sind ihr geringes Gewicht, ihre hohe Leistung sowie ihre hohe Effizienz und Energieeinsparung. Hochleistungsfähige Permanentmagnetmotoren mit Seltenerdmetallen sind die Grundlage vieler neuer Technologien und Hightech-Industrien.

Der aktuelle Stand der Anwendung von Seltenerd-Permanentmagnetmotoren im In- und Ausland:

(1) Luft- und Raumfahrt: Die Vereinigten Staaten haben einen bürstenlosen Gleichstrommotor mit Seltenerd-Permanentmagneten und 12.6 kW und 9,000 U/min zum Antrieb der Höhenruder des Space Shuttle entwickelt, der einen Wirkungsgrad von 95 % aufweist.

(2) Elektrischer Schiffsantrieb: Hochleistungsschiffe verwenden im Allgemeinen vollelektrische Antriebssysteme. Permanentmagnetmotoren werden im Ausland häufig als Antriebsmotoren in elektrischen Antriebssystemen verwendet.

(3) Lüfter- und Wasserpumpenindustrie: Vor allem in Antriebssystemen für Ölfelder, Kraftwerken und Stahlproduktionsunternehmen ist die Anzahl mechanischer Lasten wie Wasserpumpen und Ventilatoren am größten. Dies ist auch der Hauptanlass für die Förderung und Anwendung von Permanentmagnet-Seltenerdmotoren.

China hat die Verwendung von Permanentmagnet-Synchronmotoren aus seltenen Erden in Ölquellenpumpeneinheiten gefördert und eine jährliche Produktionskapazität von mehr als 10,000 Einheiten aufgebaut. Der Betrieb auf Ölfeldern ist gut und hat erhebliche technische und wirtschaftliche Vorteile gebracht.

(4) Aufzugsindustrie: Die meisten großen ausländischen Aufzugshersteller verwenden Permanentmagnet-Synchronmotoren zum Antrieb getriebeloser Antriebsmaschinen. Ihr Wirkungsgrad kann bis zu 0.9 oder mehr betragen, was mehr als 30 % Energieeinsparung gegenüber dem System mit Wechselstrom-Asynchronmotor und Untersetzungsgetriebe bedeutet. Die inländischen Aufzugshersteller Mitsubishi Elevator, Hitachi Elevator und Schindler Elevator haben alle diese Technologie übernommen.

Derzeit entwickeln sich Permanentmagnetmotoren in Richtung hoher Leistung (hohe Drehzahl, hohes Drehmoment), hoher Funktionalität und Miniaturisierung. Als Produkt mit breiten Anwendungsaussichten im 21. Jahrhundert muss sein Industrialisierungsgrad noch verbessert werden.

Aufgrund seiner zahlreichen hervorragenden Leistungen und Eigenschaften wird angenommen, dass es in naher Zukunft in verschiedenen Bereichen weit verbreitet sein und in alle Aspekte des täglichen Lebens und der industriellen Produktion vordringen wird. Mit der Aufmerksamkeit und den Investitionen des Landes im Motorenbereich werden Permanentmagnetmotoren sicherlich florieren!