Die Entwicklungsgeschichte des Permanentmagnetmotors
Die Entwicklung von Permanentmagnetmotoren steht in engem Zusammenhang mit der Entwicklung von Permanentmagnetmaterialien. China ist das erste Land der Welt, das die magnetische Besonderheit von Permanentmagnetmaterialien entdeckt und in die Praxis umgesetzt hat. Vor mehr als 2,000 Jahren nutzte China die magnetische Spezialität von Permanentmagnetmaterialien zur Herstellung eines Kompasses. Die Rolle ist zu einer der vier großen Erfindungen des alten China geworden.
Der weltweit erste Motor in den 1920er Jahren war ein Permanentmagnetmotor, der durch Permanentmagneten ein Magnetfeld erzeugte. Das damals verwendete Permanentmagnetmaterial war jedoch natürliches Magneterz (Fe3O4). Die magnetische Energiedichte war sehr gering. Der damit hergestellte Motor war groß und wurde bald durch den Erregermotor ersetzt.
Angesichts der raschen Entwicklung verschiedener Motoren und der Erfindung aktueller magnetischer Ladegeräte haben die Menschen eingehende Untersuchungen zum Mechanismus, zur Zusammensetzung und zur Herstellungstechnologie von Permanentmagnetmaterialien durchgeführt und dabei Kohlenstoffstahl und Wolframstahl (maximal) entdeckt akkumulierte magnetische Energie etwa 2.7 kJ/m3) Verschiedene Permanentmagnetmaterialien wie Kobaltstahl (maximale akkumulierte magnetische Energie etwa 7.2 kJ/m3). Vor allem in den 1930er Jahren wurden Aluminium-Nickel-Kobalt-Permanentmagnete (maximale magnetische Energieakkumulation von 85 kJ/m3) und der Permanentmagnet des Ferrit-Permanentmagneten (maximale magnetische Energieakkumulation kann 40 kJ/m3 erreichen) in den 1950er Jahren und die magnetische Die Leistung hat sich erheblich verbessert und verschiedene Mikro- und Kleinmotoren verwenden Permanentmagnete. Die Leistung des Permanentmagnetmotors beträgt nur wenige Milliliter bis mehrere Dutzend Watt. Es findet in der industriellen und landwirtschaftlichen Produktion sowie im täglichen Leben breite Anwendung und die Produktion ist stark gestiegen. Dementsprechend wurden in dieser Zeit auch bahnbrechende Fortschritte in der Designtheorie, den Berechnungsmethoden, der Kapazitätsaufladung und der Herstellungstechnologie des Permanentmagnetmotors erzielt und eine Reihe von Analyse- und Forschungsmethoden gebildet, die durch die Methode zur Interpretation der Permanentmagnetkarte repräsentiert werden. Aufgrund der hartnäckigen Kraft des Aluminium-Nickel-Kobalt-Permanentmagneten (36 ~ 160 ka/m) ist die verbleibende magnetische Dichte des Permanentmagneten aus Eisensauerstoff jedoch nicht hoch (0.2 ~ 0.44 t), was ihren Anwendungsbereich im Motor einschränkt . Bis in die 1960er und 1980er Jahre kamen nacheinander der Seltenerd-Kobalt-Permanentmagnet und der Eisen-Bor-Permanentmagnet (beide gemeinsam als Seltenerd-Permanentmagnete bezeichnet) auf den Markt. Die hervorragenden magnetischen Eigenschaften eignen sich besonders für die Herstellung von Motoren, sodass die Entwicklung von Permanentmagnetmotoren in eine neue historische Phase eingetreten ist.
Die Eigenschaften und Anwendung des Permanentmagnetmotors
Im Vergleich zum herkömmlichen elektrischen Magnetmotor zeichnet sich der Permanentmagnetmotor, insbesondere der Seltenerd-Permanentmagnetmotor, durch eine einfache Struktur, einen zuverlässigen Betrieb, ein kleines Volumen, eine leichte Qualität, einen geringen Verlust, einen hohen Wirkungsgrad sowie eine flexible Form und Größe des Motors aus vielfältig. Daher ist der Anwendungsbereich äußerst breit und erstreckt sich nahezu über alle Bereiche der industriellen und landwirtschaftlichen Produktion sowie des täglichen Lebens. Hier sind die Hauptmerkmale einiger typischer Permanentmagnetmotoren und ihre Hauptanwendungsfälle.
1. Der Seltenerd-Permanentmagnet-Synchrongenerator erfordert im Vergleich zum herkömmlichen Generator keinen Sammelring und keine Bürste. Der Aufbau ist einfach und reduziert die Ausfallrate. Durch den Permanentmagneten aus seltenen Erden kann außerdem der magnetische Luftspalt vergrößert, die Geschwindigkeit auf den optimalen Wert erhöht und das Leistungsqualitätsverhältnis erhöht werden. Fast alle modernen Luft- und Raumfahrtgeneratoren verwenden Seltenerd-Permanentmagnetgeneratoren. Der Permanentmagnetgenerator wurde auch als zusätzliche Anreizmaschine für große Dampfradgeneratoren verwendet. Derzeit werden der kleine Generator mit Verbrennungsmotor, der Permanentmagnetgenerator und der avantgardistische, direkt angetriebene kleine Permanentmagnet-Luftgenerator zur unabhängigen Stromversorgung schrittweise gefördert.
2. Im Vergleich zum Induktionsmotor besteht für einen effizienten Permanentmagnet-Synchronmotor keine Notwendigkeit, keinen Leistungsanreizstrom zu haben, was den Leistungsfaktor erheblich verbessern kann (kann 1 erreichen, sogar die Leistungsfähigkeit), den Verlust von Statorstrom und Stator reduzieren Widerstand, und es gibt keinen Kupferverbrauch des Rotors bei stabilem Betrieb, und es kann den Lüfter (ein Motor mit kleiner Kapazität kann den Lüfter sogar entfernen) und den entsprechenden Windverlust reduzieren. Der Wirkungsgrad kann um 2 bis 8 Prozentpunkte höher sein als bei einem Sensor mit der gleichen Spezifikation. Darüber hinaus kann der Permanentmagnet-Synchronmotor einen höheren Wirkungsgrad und Leistungsfaktor im Bereich von 25 % bis 120 % der Nennlast aufrechterhalten, wodurch der tägliche Energieeffekt während der Laufzeit bei geringer Last deutlicher wird. Dieser Motortyp verfügt im Allgemeinen über eine Startwicklung am Rotor, die bei einer bestimmten Frequenz und Spannung direkt starten kann. Derzeit wird es hauptsächlich in den Bereichen Ölfelder, Textilchemiefaserindustrie, Keramikglasindustrie und Lüfterpumpen mit langer jährlicher Betriebszeit eingesetzt.
Ein in China unabhängig entwickelter hocheffizienter Permanentmagnet-Synchronisationsmotor kann das Problem „Großes Pferd treibt Kleinwagen an“ bei der Anwendung auf Ölfeldern lösen. Das Anlaufdrehmoment ist 50 % bis 100 % größer als beim Induktionsmotor. Der Induktionsmotor beträgt etwa 20 %.
Die Lastrotation in der textilen Chemiefaserindustrie ist groß und erfordert ein hohes Drehmoment. Entwerfen Sie den Leerlast-Leckkoeffizienten, das Konvexverhältnis, den Rotorwiderstand, die Permanentmagnetgröße und die Statorwicklungswindungen des Permanentmagnet-Synchronmotors angemessen, um die Eingangsleistung des Permanentmagnetmotors zu verbessern und ihn auf den neuen Textil- und Chemikalientyp zu fördern Faserindustrie.
Hunderte Kilowatt werden in der Milch-, Erdöl-, Chemie- und anderen Industrie von Hunderten Kilowatt und Ventilatoren und Pumpenmotoren der Muwa-Klasse genutzt. Verbessern Sie Effizienz und Leistungsfaktor, sparen Sie Energie und verbessern Sie die Betriebszuverlässigkeit.
3. AC-Servo-Permanentmagnetmotoren und bürstenlose DC-Permanentmagnetmotoren verwenden jetzt zunehmend die Wechselrichterstromversorgung und den AC-Elektromotorsatz, um das Geschwindigkeitsregelungssystem des Gleichstrommotors zu ersetzen. Beim Wechselstrommotor bleibt die Drehzahl des Permanentmagnet-Synchronmotors bei stabilem Betrieb in einem konstanten Verhältnis zur Netzfrequenz, so dass sie direkt für das Frequenzumwandlungsgeschwindigkeitsregelsystem verwendet werden kann, das zum Öffnen des Regelkreises verwendet werden kann. Dieser Motortyp beginnt normalerweise mit der allmählichen Erhöhung der Frequenz des Wechselrichters. Es kann am Rotor montiert werden, ohne dass eine Startwicklung angebracht werden muss, und die Bürste und der Richtungsgeber werden eingespart, um eine bequeme Wartung zu gewährleisten.
Der Permanentmagnet-Synchronmotor des Wechselrichters und das Rotorpositions-Regelsystem bilden einen selbstsynchronen Permanentmagnetmotor. Es verfügt nicht nur über die hervorragende Geschwindigkeitsregulierungsleistung des elektromotorisch mobilisierenden Gleichstrommotors, sondern ist auch bürstenlos. Es wird hauptsächlich für Anlässe mit hoher Kontrollgenauigkeit und hoher Zuverlässigkeit verwendet, wie z. B. in der Luft- und Raumfahrt, bei CNC-Werkzeugmaschinen, Bearbeitungszentren, Robotern, Elektrofahrzeugen, Computerperipheriegeräten usw.
Der NdFEB-Permanentmagnet-Synchronmotor und das Antriebssystem mit großem Drehzahlbereich und hohem Drehzahlverhältnis bei konstanter Leistung wurden entwickelt. Das Geschwindigkeitsverhältnis beträgt bis zu 1:22,500 und die Grenzgeschwindigkeit beträgt bis zu 9 U/min. Der Permanentmagnet-Synchronmotor ist aufgrund seines hohen Wirkungsgrads, seiner geringen Vibration, seines geringen Geräuschpegels und seiner hohen Drehmomentdichte der idealste Motor für Elektrofahrzeuge, Werkzeugmaschinen und andere Antriebsgeräte.
Mit der kontinuierlichen Verbesserung des Lebensstandards der Menschen werden die Anforderungen an Haushaltsgeräte immer höher. Beispielsweise verbrauchen Haushaltsklimageräte nicht nur Strom, sondern sind auch die Hauptgeräuschquelle. Der Entwicklungstrend geht dahin, bürstenlose Gleichstrommotoren mit Permanentmagneten zu verwenden, die eine stufenlose Drehzahlregelung ermöglichen. Es kann sich entsprechend der Änderung der Raumtemperatur über einen längeren Zeitraum automatisch auf die entsprechende Geschwindigkeit einstellen, Geräusche und Vibrationen reduzieren, den Menschen ein angenehmeres Gefühl geben, aber auch 1/3 einsparen als die Klimaanlage ohne Geschwindigkeitsregulierung. Auch andere wie Kühlschränke, Waschmaschinen, Staubabscheider, Ventilatoren usw. stellen nach und nach auf bürstenlose Gleichstrommotoren um.
4. Der Permanentmagnet-Gleichstrommotor behält nach der Verwendung der Permanentmagneterregung nicht nur die guten Geschwindigkeitsregulierungseigenschaften und mechanischen Eigenschaften des Gleichstrommotors mit elektrischer Erregung bei, sondern weist auch eine einfache Struktur, ein kleines Volumen, weniger Kupfer und einen hohen Wirkungsgrad auf Eliminierung der Erregerwicklung und des Erregerverlusts. Daher werden Permanentmagnet-Gleichstrommotoren häufig verwendet, von Haushaltsgeräten über tragbare elektronische Geräte und Elektrowerkzeuge bis hin zu präzisen Geschwindigkeits- und Positionsübertragungssystemen, die eine gute dynamische Leistung erfordern. Bei Mikro-Gleichstrommotoren unter 500 W machen Permanentmagnetmotoren 92 % aus, während Permanentmagnetmotoren unter 10 W über 99 % ausmachen.
Derzeit entwickelt sich Chinas Automobilindustrie rasant, die Automobilindustrie ist der größte Anwender von Permanentmagnetmotoren, der Motor ist ein wichtiger Bestandteil des Autos, ein Super-Luxusauto, eine Vielzahl unterschiedlicher Einsatzmöglichkeiten des Motors bis zu mehr als 70 Sätzen , die meisten davon sind Niederspannungs-Permanentmagnet-Gleichstrom-Mikromotoren. Durch den Einsatz von NdFeb-Permanentmagneten und einem abbremsenden Planetengetriebe kann der Anlasser für Autos und Motorräder die Masse des Anlassers um die Hälfte reduzieren.
Klassifizierung von Permanentmagnetmotoren
Es gibt viele Arten von Permanentmagnetmotoren. Entsprechend der Motorfunktion kann man grob in zwei Kategorien von Permanentmagnetgeneratoren und Permanentmagnetmotoren einteilen.
Permanentmagnetmotoren können in Permanentmagnet-Gleichstrommotoren und Permanentmagnet-Wechselstrommotoren unterteilt werden. Unter Permanentmagnet-Wechselstrommotoren versteht man einen mehrphasigen Synchronmotor mit einem Permanentmagnetrotor, daher wird er oft als Permanentmagnet-Synchronmotor (PMSM) bezeichnet.
Permanentmagnet-Gleichstrommotor, wenn kein elektrisches Getriebe und kein Kommutator zum Teilen vorhanden sind. Es kann in bürstenlose Permanentmagnet-Gleichstrommotoren und bürstenlose Permanentmagnet-Gleichstrommotoren (BLDC) unterteilt werden.
In der heutigen Welt entwickeln sich Theorie und Technologie der modernen Leistungselektronik stark weiter. Leistungselektronische Geräte wie MOSFET, IGBT, MCT usw. kommen weiterhin auf den Markt, und das Steuergerät hat grundlegende Änderungen erfahren. Seit F. BlascEke 1971 das Prinzip der AC-Motor-Vektorsteuerung vorschlug, hat die Entwicklung der Vektorsteuerungstechnologie eine neue Ära der AC-Servoantriebssteuerung eingeläutet, und die kontinuierliche Einführung verschiedener Hochleistungs-Mikroprozessoren hat die Entwicklung von AC-Servos weiter beschleunigt Systeme als Ersatz für DC-Servosysteme. Das Wechselstrom-Servosystem ersetzt das Gleichstrom-Servosystem und ist zu einem unvermeidlichen Trend geworden. Permanentmagnet-Synchronmotoren (PMSM) mit Sinuswellen-Rückwärtspotential und bürstenlose Gleichstrommotoren (BLDC) mit Trapezwellen-Rückwärtspotential werden jedoch aufgrund ihrer hervorragenden Leistung zum Mainstream bei der Entwicklung von Hochleistungs-AC-Servosystemen
Vorsichtsmaßnahmen im Zusammenhang mit Permanentmagnetmotoren
1. Magnetkreisstruktur und Designberechnung
Um die magnetischen Eigenschaften verschiedener Permanentmagnetmaterialien, insbesondere die hervorragenden magnetischen Eigenschaften von Seltenerd-Permanentmagneten, voll auszunutzen und kostengünstige Permanentmagnetmotoren zu schaffen, ist es nicht möglich, einfach die Struktur- und Designberechnungsmethoden von anzuwenden B. herkömmliche Permanentmagnetmotoren oder Motoren mit elektrischer Erregung, und es müssen neue Designkonzepte entwickelt werden, um die Struktur des Magnetkreises neu zu analysieren und zu verbessern. Mit der rasanten Entwicklung der Computerhardware und -softwaretechnologie sowie der kontinuierlichen Verbesserung moderner Entwurfsmethoden wie der numerischen Berechnung elektromagnetischer Felder, des Optimierungsentwurfs und der Simulationstechnologie wurden durch die gemeinsamen Anstrengungen von akademischen und technischen Kreisen bahnbrechende Fortschritte erzielt in der Designtheorie, Berechnungsmethode, Strukturprozess und Steuerungstechnik von Permanentmagnetmotoren. Es wurde ein vollständiger Satz von Analyse- und Forschungsmethoden sowie computergestützter Analyse- und Entwurfssoftware entwickelt, die mit der numerischen Berechnung elektromagnetischer Felder und der analytischen Lösung eines äquivalenten Magnetkreises kombiniert werden und ständig verbessert werden.
2. Kontrollprobleme
Nachdem der Permanentmagnetmotor hergestellt ist, kann er sein Magnetfeld ohne externe Energie aufrechterhalten, es ist jedoch auch äußerst schwierig, sein Magnetfeld von außen anzupassen und zu steuern. Es ist schwierig, die Ausgangsspannung und den Leistungsfaktor des Permanentmagnetgenerators von außen anzupassen, und der Permanentmagnet-Gleichstrommotor kann seine Drehzahl nicht mehr durch Änderung der Erregung anpassen. Diese schränken den Einsatzbereich von Permanentmagnetmotoren ein. Aufgrund der rasanten Entwicklung leistungselektronischer Geräte und Steuerungstechnologien wie MOSFET und IGBT können die meisten Permanentmagnetmotoren jedoch ohne Magnetfeldsteuerung und nur mit Ankersteuerung verwendet werden. Es ist notwendig, die drei neuen Technologien Seltenerd-Permanentmagnetmaterialien, leistungselektronische Geräte und Mikrocomputersteuerung im Design zu kombinieren, damit der Permanentmagnetmotor unter neuen Bedingungen arbeiten kann.
3. Problem der irreversiblen Entmagnetisierung
Wenn die Konstruktion oder Verwendung unsachgemäß ist, ist die Temperatur des Permanentmagnetmotors zu hoch (NdFeb-Permanentmagnet) oder zu niedrig (Ferrit-Permanentmagnet), aufgrund der durch den Stoßstrom erzeugten Ankerreaktion oder aufgrund heftiger mechanischer Vibrationen führen zu einer irreversiblen Entmagnetisierung bzw. einem Verlust des Magnetismus, so dass die Motorleistung reduziert oder gar nicht mehr genutzt werden kann. Daher ist es notwendig, für Motorenhersteller geeignete Methoden und Geräte zu erforschen und zu entwickeln, um die thermische Stabilität von Permanentmagnetmaterialien zu überprüfen und die Anti-Entmagnetisierungsfähigkeit verschiedener Strukturformen zu analysieren, um entsprechende Maßnahmen zu ergreifen, um die Dauerhaftigkeit sicherzustellen Der Magnetmotor verliert beim Entwerfen und Herstellen keinen Magnetismus.
4. Kosten
Ferrit-Permanentmagnetmotoren, insbesondere Mikro-Permanentmagnet-Gleichstrommotoren, sind aufgrund ihrer einfachen Struktur und ihres einfachen Prozesses, ihrer geringeren Masse und geringeren Gesamtkosten im Vergleich zu Motoren mit elektrischer Erregung weit verbreitet. Da der aktuelle Preis für Seltenerd-Permanentmagnete immer noch relativ hoch ist, sind die Kosten für Seltenerd-Permanentmagnetmotoren im Allgemeinen höher als die für Elektroerregermotoren, was durch die hohe Leistung und Einsparungen bei den Betriebskosten ausgeglichen werden muss. In einigen Fällen, beispielsweise beim Schwingspulenmotor des Computerlaufwerks, wird die Leistung des Ndfeb-Permanentmagneten verbessert, die Volumenmasse erheblich reduziert und die Gesamtkosten gesenkt. Bei der Konstruktion muss entschieden werden, ob eine Auswahl anhand des Leistungs- und Preisvergleichs entsprechend den spezifischen Verwendungsanlässen und Anforderungen getroffen werden soll, und die Innovation und Designoptimierung des Strukturprozesses durchgeführt werden, um die Kosten zu senken.
