Die Entwicklung von Permanentmagnetmotoren ist eng mit der Entwicklung permanentmagnetischer Materialien verbunden.

Der weltweit erste Motor, der in den 1920er Jahren auf den Markt kam, war ein Permanentmagnetmotor, der ein Erregermagnetfeld aus einem Permanentmagneten erzeugte. Das damals verwendete Permanentmagnetmaterial war jedoch natürlicher Magnetit (Fe3O4), die magnetische Energiedichte war sehr gering und der daraus hergestellte Motor war sperrig und wurde bald durch den elektrischen Erregermotor ersetzt.

Aufgrund der Anforderungen der rasanten Entwicklung verschiedener Motoren und der Erfindung moderner Magnetisierer haben die Menschen den Mechanismus, die Zusammensetzung und die Herstellungstechnologie von Permanentmagnetmaterialien eingehend erforscht und nacheinander Kohlenstoffstahl und Wolframstahl (das maximale magnetische Energieprodukt beträgt etwa 2.7 kJ/m3), Kobaltstahl (maximales Energieprodukt etwa 7.2 kJ/m3) und andere Permanentmagnetmaterialien entdeckt. Insbesondere die in den 1930er Jahren auf den Markt gekommenen AlNiCo-Permanentmagnete (das maximale Energieprodukt kann 85 kJ/m3 erreichen) und die in den 1950er Jahren auf den Markt gekommenen Ferrit-Permanentmagnete (das maximale Energieprodukt kann jetzt 40 kJ/m3 erreichen) haben hervorragende magnetische Eigenschaften. Sie wurden erheblich verbessert und verschiedene Mikro- und Kleinmotoren verwenden Permanentmagneterregung.

1. Permanentmagnetmaterial

Motormagnete: Zu den in Motoren üblicherweise verwendeten Permanentmagnetmaterialien gehören gesinterte Magnete und gebundene Magnete. Die wichtigsten Typen sind Alnico, Ferrit, Samarium-Kobalt und Neodym-Eisen-Bor.

Alniko: Alnico-Permanentmagnetmaterial ist das älteste und am weitesten verbreitete Permanentmagnetmaterial, und sein Herstellungsprozess und seine Technologie sind relativ ausgereift. Derzeit gibt es Fabriken in Japan, den USA, Europa, Russland und China.

Permanentmagnet-Ferritmaterial: In den 1950er Jahren begann sich Ferrit kräftig zu entwickeln, insbesondere in den 1970er Jahren wurde Strontiumferrit mit besserer Leistung in Bezug auf Koerzitivkraft und magnetische Energiemaschine in großen Mengen in Produktion genommen, und die Verwendung von Permanentmagnetferrit wurde rasch ausgeweitet. die Verwendung von. Als nichtmetallisches magnetisches Material hat Ferrit nicht die Nachteile der leichten Oxidation, der niedrigen Curietemperatur und der hohen Kosten von metallischen Permanentmagnetmaterialien, daher ist es sehr beliebt.

Samarium-Kobalt-Material: ein Permanentmagnetmaterial mit hervorragenden magnetischen Eigenschaften, das Mitte der 1960er Jahre aufkam und dessen Leistung sehr stabil ist. Samarium-Kobalt eignet sich aufgrund seiner magnetischen Eigenschaften besonders gut für die Herstellung von Motoren, wird jedoch aufgrund seines hohen Preises hauptsächlich in der Forschung und Entwicklung von Militärmotoren wie Luft- und Raumfahrt, Waffen und Hightech-Motoren mit hoher Leistung, aber nicht niedrigem Preis verwendet.

NdFeB-Werkstoff: NdFeB-Magnetmaterial ist eine Legierung aus Neodym, Eisenoxid usw., auch als Magnet bekannt. Es verfügt über extrem hohe magnetische Energieprodukte und Koerzitivkraft, und die Vorteile der hohen Energiedichte machen NdFeB-Permanentmagnetmaterialien in der modernen Industrie und in der elektronischen Technologie weit verbreitet. Miniaturisierung, Gewichtsreduzierung und Verdünnung sind möglich. Da es viel Neodym und Eisen enthält, rostet es leicht. Die chemische Passivierung der Oberfläche ist derzeit eine der besten Lösungen.

2. Die Beziehung zwischen Magnetleistung und Motorleistung

2.1 Der Einfluss von Restmagnetismus

Bei Gleichstrommotoren gilt unter denselben Wicklungsparametern und Testbedingungen: Je höher der Restmagnetismus, desto niedriger die Leerlaufdrehzahl und desto kleiner der Leerlaufstrom; je höher das maximale Drehmoment, desto höher der Wirkungsgrad am höchsten Wirkungsgradpunkt. Im tatsächlichen Test werden im Allgemeinen die Leerlaufdrehzahl und das maximale Drehmoment verwendet, um den Restmagnetismusstandard des Magneten zu beurteilen.

Bei gleichen Wicklungsparametern und elektrischen Parametern ist die Leerlaufdrehzahl umso niedriger und der Leerlaufstrom umso kleiner, je höher die Remanenz ist. Der Grund dafür ist, dass der Motor im Betrieb bei relativ niedriger Drehzahl genügend Sperrinduktivität erzeugt. Die erzeugte Spannung verringert die algebraische Summe der auf die Wicklungen wirkenden elektromotorischen Kräfte.

2.2 Der Einfluss der Zwangskraft

Während des Motorbetriebs wirken sich Temperatur und umgekehrtes Entmagnetisierungsfeld immer auf den Motor aus. Aus Sicht der Motorkonstruktion gilt: Je höher die Koerzitivkraft, desto kleiner die Dickenrichtung des magnetischen Stahls, und je kleiner die Koerzitivkraft, desto größer die Dickenrichtung des magnetischen Stahls. Sobald der magnetische Stahl jedoch eine bestimmte Koerzitivkraft überschreitet, ist er nutzlos, da andere Komponenten des Motors bei dieser Temperatur nicht stabil arbeiten können. Es reicht aus, wenn die Koerzitivkraft die Anforderungen erfüllt, und der Standard besteht darin, die Anforderungen unter den empfohlenen Versuchsbedingungen zu erfüllen, und es besteht keine Notwendigkeit, Ressourcen zu verschwenden.

2.3 Der Einfluss der Rechtwinkligkeit

Die Rechtwinkligkeit beeinflusst nur die Geradlinigkeit der Effizienzkurve des Motorleistungstests. Obwohl die Geradlinigkeit der Motoreffizienzkurve nicht als wichtiger Indikatorstandard aufgeführt wurde, ist sie für die Dauerstrecke des Nabenmotors unter natürlichen Straßenbedingungen sehr wichtig.

Aufgrund unterschiedlicher Straßenbedingungen kann der Motor nicht immer am Punkt mit maximalem Wirkungsgrad arbeiten. Dies ist einer der Gründe, warum der maximale Wirkungsgrad einiger Motoren nicht hoch ist und die Weiterfahrt länger dauert. Bei einem guten Radnabenmotor sollte nicht nur der maximale Wirkungsgrad hoch sein, sondern auch die Wirkungsgradkurve sollte möglichst horizontal verlaufen. Je geringer die Steigung der Wirkungsgradreduzierung ist, desto besser. Mit der Weiterentwicklung des Marktes, der Technologie und der Standards für Radnabenmotoren wird dies allmählich zu einem wichtigen Standard.

2.4 Der Einfluss der Leistungskonsistenz

Inkonsistenter Restmagnetismus: Auch wenn es einzelne mit besonders hoher Leistung gibt, ist das nicht gut. Aufgrund der Inkonsistenz des magnetischen Flusses in jedem unidirektionalen Magnetfeldabschnitt kommt es aufgrund der Asymmetrie des Drehmoments zu Vibrationen.

Inkonsistente Zwangsgewalt: insbesondere wenn die Koerzitivkraft einzelner Produkte zu gering ist, kann es leicht zu einer umgekehrten Entmagnetisierung kommen, was zu einem inkonsistenten Magnetfluss jedes Magneten und zu Vibrationen des Motors führt. Dieser Effekt ist bei bürstenlosen Motoren noch ausgeprägter.

3. Vorsichtsmaßnahmen für Permanentmagnetmotoren

3.1 Aufbau und Berechnung des Magnetkreises

Um die magnetischen Eigenschaften verschiedener Permanentmagnetmaterialien, insbesondere die hervorragenden magnetischen Eigenschaften von Seltenerd-Permanentmagneten, voll auszunutzen und kostengünstige Permanentmagnetmotoren herzustellen, können die Struktur und die Konstruktionsberechnungsmethoden herkömmlicher Permanentmagnetmotoren oder elektrischer Erregermotoren nicht einfach übernommen werden. Vielmehr muss ein neues Konstruktionskonzept entwickelt und die Struktur des Magnetkreises neu analysiert und verbessert werden.

Mit der rasanten Entwicklung der Computer-Hardware- und -Softwaretechnologie sowie der kontinuierlichen Verbesserung moderner Designmethoden wie numerischer Berechnung elektromagnetischer Felder, Optimierungsdesign und Simulationstechnologie wurde durch die gemeinsamen Anstrengungen der Elektrowissenschaft und der Ingenieurswissenschaften die Designtheorie von Permanentmagnetmotoren weiterentwickelt. Es wurden Durchbrüche bei Berechnungsmethoden, Strukturtechnologie und Steuerungstechnologie erzielt und ein vollständiger Satz von Analyse- und Forschungsmethoden sowie computergestützter Analyse- und Designsoftware entwickelt, die numerische Berechnung elektromagnetischer Felder und analytische Lösungen für äquivalente Magnetkreise kombiniert und kontinuierlich verbessert wird.

3.2 Steuerungsprobleme

Nachdem der Permanentmagnetmotor hergestellt wurde, kann er sein Magnetfeld ohne externe Energie aufrechterhalten, was es jedoch auch äußerst schwierig macht, sein Magnetfeld von außen anzupassen und zu steuern. Für Permanentmagnetgeneratoren ist es schwierig, ihre Ausgangsspannung und ihren Leistungsfaktor von außen anzupassen, und Permanentmagnet-Gleichstrommotoren können ihre Drehzahl nicht mehr durch Ändern der Erregung anpassen. Diese Faktoren begrenzen den Anwendungsbereich von Permanentmagnetmotoren.

Aufgrund der rasanten Entwicklung von Leistungselektronikgeräten wie MOSFETs und IGBTs sowie Steuerungstechnologien können die meisten Permanentmagnetmotoren jedoch ohne Magnetfeldsteuerung, sondern nur mit Ankersteuerung verwendet werden. Das Design muss die drei neuen Technologien Seltenerd-Permanentmagnetmaterialien, Leistungselektronikgeräte und Mikrocomputersteuerung kombinieren, damit der Permanentmagnetmotor unter völlig neuen Arbeitsbedingungen betrieben werden kann.

3.3 Problem der irreversiblen Entmagnetisierung

Bei unsachgemäßer Konstruktion oder Verwendung ist der Permanentmagnetmotor der Wirkung der Ankerreaktion ausgesetzt, die durch den Stoßstrom erzeugt wird, wenn die Temperatur zu hoch (NdFeB-Permanentmagnet) oder zu niedrig (Ferrit-Permanentmagnet) ist oder wenn er starken mechanischen Vibrationen ausgesetzt ist. Dies kann zu einer irreversiblen Entmagnetisierung führen, die Leistung des Motors verringern oder ihn sogar unbrauchbar machen. Daher ist es notwendig, Methoden und Geräte zur Überprüfung der thermischen Stabilität von Permanentmagnetmaterialien zu erforschen und zu entwickeln, die für Motorhersteller geeignet sind, und die Anti-Entmagnetisierungsfähigkeiten verschiedener Strukturformen zu analysieren, damit entsprechende Maßnahmen ergriffen werden können, um sicherzustellen, dass Permanentmagnetmotoren ihren Magnetismus nicht verlieren.

3.4 Kostenfragen

Ferrit-Permanentmagnetmotoren, insbesondere Miniatur-Permanentmagnet-Gleichstrommotoren, werden aufgrund ihrer einfachen Struktur und Verarbeitung, ihres geringen Gewichts und ihrer im Allgemeinen niedrigeren Gesamtkosten als Motoren mit elektrischer Erregung häufig verwendet. Da Seltenerd-Permanentmagnete derzeit noch relativ teuer sind, sind die Kosten von Seltenerd-Permanentmagnetmotoren im Allgemeinen höher als die von Motoren mit elektrischer Erregung, was durch ihre hohe Leistung und die Einsparungen bei den Betriebskosten ausgeglichen werden muss. In einigen Fällen, wie beispielsweise beim Schwingspulenmotor des Computer-Festplattenlaufwerks, wird die Leistung von NdFeB-Permanentmagneten verbessert, das Volumen und die Masse werden erheblich reduziert und die Gesamtkosten werden gesenkt. Bei der Konstruktion ist es notwendig, Leistung und Preis entsprechend den spezifischen Verwendungsanlässen und Anforderungen zu vergleichen, um die Entscheidung zu treffen, die Struktur und den Prozess zu erneuern und die Konstruktion zu optimieren, um die Kosten zu senken.