1. Seltenerd-Permanentmagnetmotor – die Zukunft des Motors

Seltenerd-Permanentmagnetmotor ist ein neuer Typ eines Permanentmagnetmotors, der Anfang der 1970er Jahre auf den Markt kam.

Aufgrund der hervorragenden magnetischen Eigenschaften von Seltenerd-Permanentmagnetmaterialien können sie nach der Magnetisierung ohne externe Energie ein starkes Permanentmagnetfeld aufbauen.

Seltenerd-Permanentmagnetmotoren haben nicht nur einen hohen Wirkungsgrad, sondern auch einen einfachen Aufbau und einen zuverlässigen Betrieb. Es kann auch klein und leicht sein.

Hergestellt zu Spezialmotoren, die bestimmte Betriebsanforderungen erfüllen können, z. B. Aufzugsfahrmotoren, Spezialmotoren für Automobile usw.

Die Kombination von Seltenerd-Permanentmagnetmotoren mit Leistungselektroniktechnologie und Mikrocomputer-Steuerungstechnologie hat die Leistung des Motors und des Getriebesystems auf ein neues Niveau verbessert.

Die Verbesserung der Leistung und des Niveaus der unterstützenden technischen Ausrüstung ist eine wichtige Entwicklungsrichtung für die Automobilindustrie zur Anpassung der Industriestruktur.

Motoren mit Permanentmagneten aus Seltenen Erden werden in nahezu allen Bereichen der Luft- und Raumfahrt, der Landesverteidigung, des Gerätebaus, der industriellen und landwirtschaftlichen Produktion und des täglichen Lebens eingesetzt.

Es umfasst Permanentmagnet-Synchronmotoren, Permanentmagnetgeneratoren, Gleichstrommotoren, bürstenlose Gleichstrommotoren, AC-Permanentmagnet-Servomotoren, Permanentmagnet-Linearmotoren, spezielle Permanentmagnetmotoren und zugehörige Steuerungssysteme und deckt nahezu die gesamte Automobilindustrie ab.

2. Unterstützung der Politik für Motoren mit Seltenerd-Permanentmagneten

Am 22. November 2021 haben das Ministerium für Industrie und Informationstechnologie und die staatliche Verwaltung für Marktregulierung gemeinsam den „Plan zur Verbesserung der Motorenergieeffizienz (2021-2023)“ herausgegeben, in dem vorgeschlagen wird, bis 2023 die jährliche Produktion von hocheffizienten und energieeffizienten Motoren zu steigern Die Stromsparmotoren werden 170 Millionen Kilowatt erreichen, und der Anteil der in Betrieb befindlichen hocheffizienten und energiesparenden Motoren beträgt mehr als 20 %, und die jährliche Stromeinsparung beträgt 49 Milliarden kWh.

In dem Dokument heißt es eindeutig: „Für Ventilatoren, Pumpen, Kompressoren, Werkzeugmaschinen und andere Allzweckgeräte sollte die Verwendung von Elektromotoren mit Energieeffizienzstufe 2 und höher gefördert werden.“

Fördern Sie bei Betriebsbedingungen mit variabler Last Permanentmagnetmotoren mit variabler Frequenz und der Energieeffizienzstufe 2 und höher.“

Gemäß der Version 2013 der Norm „Permanentmagnet-Synchronmotoren“ wird die aktuelle Produktion von Permanentmagnetmotoren in die Energieverbrauchsintervalle der ersten und zweiten Ebene verteilt; In Kombination mit den „Motor Energy Efficiency Limits and Energy Efficiency Grades“ (GB 18613-2020) und dem „Motor Energy Efficiency Improvement Plan“ können nur einige leistungsstarke NdFeB-Seltenerd-Permanentmagnetmotoren einen Wirkungsgrad von mehr als 95 % erreichen Energieverbrauchsnorm der ersten Stufe (entsprechend IE5), und die übrigen Seltenerd-Permanentmagnetmotoren gehören zur Energieverbrauchsnorm der zweiten Stufe.

Derzeit können Seltenerd-Permanentmagnetmotoren mehr als 10 % Strom einsparen und ihren Wirkungsgrad auf über 95 % steigern.

Bei Verwendung eines Seltenerd-Permanentmagnet-Synchronmotors kann die Energieeinsparungsrate der Blindleistung 85 % und die Energieeinsparungsrate der Wirkleistung 23 % bis 25 % erreichen. Der Stromspareffekt ist bemerkenswert.

3. Warum sollten wir die Entwicklung von Energiesparmotoren mit Permanentmagneten aus Seltenen Erden intensiv vorantreiben?

(1) Industriemotoren sind die Bereiche, die in der Gesellschaft am meisten Strom verbrauchen.

Im Jahr 2020 wird Chinas Motorbestand etwa 4 Milliarden Kilowatt betragen, und der Gesamtstromverbrauch wird etwa 4.8 Billionen kWh betragen, was 64 % des gesamten Stromverbrauchs der gesamten Gesellschaft ausmacht.

Darunter wird der Gesamtstromverbrauch von Motoren im Industriebereich 3.84 Billionen kWh betragen. Da er 75 % des industriellen Stromverbrauchs ausmacht, kann jede Steigerung der Energieeffizienz von Motoren im Industriebereich um 1 % etwa 38.4 Milliarden kWh Strom einsparen pro Jahr, und eine Steigerung der Energieeffizienz um 3 % entspricht der jährlichen Stromerzeugung der Drei-Schluchten.

Der Staatsrat hat den „Carbon Peak Action Plan 2030“ herausgegeben, der sich auf die Förderung der Energieeinsparung und Effizienzsteigerung wichtiger energieverbrauchender Geräte konzentriert, wobei der Schwerpunkt auf Motoren, Ventilatoren, Pumpen, Kompressoren, Transformatoren, Wärmetauschern, Industriekesseln und anderen Geräten liegt den Energieeffizienzstandard umfassend verbessern.

(2) Hocheffiziente und energiesparende Motoren beziehen sich auf Allzweck-Standardmotoren mit hohem Wirkungsgrad

(Erfüllung des zweithöchsten Standards des neuen Motor-Energieeffizienzstandards). Im Mai 2020 kündigte China den neuesten Motor-Energieeffizienzstandard „GB18613-2020 Motor-Energieeffizienzgrenzen und Energieeffizienzklassen“ an. Der Standard wird am 1. Juni 2021 offiziell umgesetzt und die Produktion von energieeffizienten Motoren unter IE3 (internationaler Standard) musste eingestellt werden.

Zu den Motortypen gehören Dreiphasen-Asynchronmotoren, Seltenerd-Permanentmagnetmotoren usw. Herkömmliche Asynchronmotoren können durch mehr Materialien (Vergrößerung des Außendurchmessers des Eisenkerns, Vergrößerung der Statornut, Erhöhung des Gewichts der Kupferdrähte) vergrößert werden und Verwendung von Siliziumstahlblechen mit guter magnetischer Permeabilität).

Aufgrund seines grundlegenden Funktionsprinzips ist es jedoch schwierig, den Wirkungsgrad herkömmlicher Asynchronmotoren zu verbessern. Beispielsweise bevorzugen einige energieeffiziente IE4- und IE5-Motoren den Permanentmagnetmodus.

(3) Noch wichtiger ist, dass Seltenerd-Permanentmagnetmotoren im Vergleich zu Asynchronmotoren natürliche Energiesparvorteile bieten.

1) Energie sparen:

Anders als beim Asynchronmotor benötigt der Rotor des Permanentmagnetmotors keinen Erregerstrom und die Energieeinsparung beträgt etwa 15–20 %.
2) Hohe Effizienz:

Der Wirkungsgrad von Permanentmagnetmotoren ist 2–19 Prozentpunkte höher als der von herkömmlichen Motoren.
3) Seltenerd-Permanentmagnetmotor hat eine einfacher Aufbau und geringe Ausfallrate.
4) Lange Lebensdauer:

Der Rotor des Permanentmagnetmotors verfügt über eine eingebettete, abgedichtete Struktur, die Reibung und Oxidation während der Rotation verringert und die Stabilität und Lebensdauer des Motors verbessert.

(4) Der Amortisierungszyklus für den Austausch von Seltenerd-Permanentmagnetmotoren beträgt etwa 1-2 Jahre, und die wirtschaftlichen Vorteile liegen tatsächlich auf der Hand.

4. Die Unterschiede zwischen Seltenerd-Permanentmagnetmotoren und herkömmlichen Motoren

Ein Permanentmagnetmotor ist ein DC/AC-Synchronmotor, bei dem der Stator ein Permanentmagnet und nur der Rotor eine Spule ist. Der Stator eines gewöhnlichen Motors ist eine Spule (Elektromagnet).

1) Die Natur des Magnetfelds.

Nachdem der Permanentmagnetmotor hergestellt wurde, kann er sein Magnetfeld ohne externe Energie aufrechterhalten; Herkömmliche Motoren benötigen elektrischen Strom, um ein Magnetfeld zu erzeugen.

2) Anwendbare Anlässe.

Herkömmliche Motoren müssen einen Untersetzungsmechanismus antreiben, um ein hohes Drehmoment zu erreichen, während Seltenerd-Permanentmagnetmotoren den Untersetzungsmechanismus ersetzen können, um einen Direktantrieb zu erreichen.

3) Der Permanentmagnetmotor weist geringe Vibrationen und eine gute Laufstabilität auf.

4) Hohe Leistungsdichte und Effizienz.

Im Vergleich zu gewöhnlichen Motoren weisen Permanentmagnetmotoren eine hohe Leistungsdichte auf, was hauptsächlich bedeutet, dass Permanentmagnetmotoren klein sind und eine große Stromerzeugung oder -leistung haben.

Im Vergleich zu herkömmlichen Motoren kann die Energieeinsparung 20–40 % betragen. Die Rotorstruktur des Permanentmagnetmotors unterscheidet sich von der eines gewöhnlichen Motors.

Die Permanentmagnetpole sind am Rotor des Permanentmagnetmotors angebracht; Die Erregerspule ist auf dem Rotor des normalen Motors installiert und das Magnetfeld muss mit Strom versorgt werden.
Im Vergleich zu herkömmlichen Motoren spart jeder Drehzahlpunkt Strom, insbesondere bei niedrigen Drehzahlen.

5) Kleine Größe, geringes Gewicht, geringer Temperaturanstieg

Der Permanentmagnetmotor hat einen einfachen Aufbau.

Durch die Verwendung von Hochleistungs-Permanentmagneten zur Bereitstellung des Magnetfelds wird das Luftspaltmagnetfeld des Permanentmagnetmotors im Vergleich zu herkömmlichen Motoren erheblich verstärkt, während Volumen und Gewicht von Permanentmagnetmotoren im Vergleich zu herkömmlichen Motoren erheblich reduziert werden .

Auch Größen und Formen sind flexibel. Durch die nichtelektrische Erregung des Rotors entstehen keine Verluste und keine Wärmeentwicklung.

Daher ist der Temperaturanstieg bei Permanentmagnetmotoren im Allgemeinen sehr gering.

6) Niedrigere Ausfallrate, weit verbreitet

Aufgrund der Verwendung von Hochleistungs-Permanentmagnetmaterialien aus seltenen Erden zur Bereitstellung des Magnetfelds ist die Ausfallrate geringer und die Verwendung häufiger.

7) Großes Anlaufdrehmoment und gute Leistung

Da die Rotorwicklung nicht funktioniert, wenn der Permanentmagnetmotor normal arbeitet, kann die Rotorwicklung so ausgelegt werden, dass sie die Anforderungen eines hohen Anlaufdrehmoments vollständig erfüllt, beispielsweise vom 1.8-fachen bis zum 2.5-fachen oder sogar noch mehr.

5. Wie lang ist die Lebensdauer eines Seltenerd-Permanentmagnetmotors? Wird der Magnetismus mit der Zeit schwächer?

Die Lebensdauer des Permanentmagnetmotors beträgt im Allgemeinen 15 bis 20 Jahre, und die Lebensdauer des Motors hängt hauptsächlich von der Wartung des Benutzers ab.

Darüber hinaus beeinflussen die Qualität der Einsatzumgebung des Permanentmagnetmotors und die Faktoren wie Elektrizität, Magnetismus, Wärme, Vibration und andere Faktoren, denen der Motor während des Gebrauchs ausgesetzt ist, die Lebensdauer des Permanentmagnet-Synchronmotors!

Allgemeine Magnete haben eine Lebensdauer. Bei Verwendung über eine bestimmte Anzahl von Jahren wird der Magnetismus schwächer, aber die magnetischen Eigenschaften von NdFeB-Permanentmagnetmaterialien ändern sich mit der Zeit nur sehr wenig, und Seltenerd-Permanentmagnete liegen innerhalb der Auslegungslebensdauer des Motors (10–20 Jahre).

Die magnetische Leistungsdämpfung beträgt weniger als 3 %. Bei der vorhandenen Motorkonstruktion und elektronischen Steuerungstechnik hat dies nur geringe Auswirkungen auf die Gesamtleistung des Motors.

Gründe für die Entmagnetisierung von Permanentmagnetmotoren:

01. Falsche Auswahl der Magnetstahlsorten

Wenn die Berechnung des Motordesigns nicht genau genug ist und fälschlicherweise eine niedrigere Qualität ausgewählt wird, z. B. der Permanentmagnet mit 180 °C sollte ausgewählt werden, aber fälschlicherweise 155 °C, kann folgende Situation auftreten: Der anfängliche Testaufzeichnungsindex des Testvorgangs ist sehr gut. Da der Motor allmählich dazu neigt, thermisch stabil zu werden, beginnen sich die relevanten Indikatoren des Motors zu verschlechtern und weichen immer mehr von den Designerwartungen ab. Zu einem bestimmten Zeitpunkt steigt der Strom stark an, der Wechselrichter stoppt schnell und ein Überstromcode wird angezeigt. Testen Sie die Leerlaufeigenschaften des Motors erneut. Dies zeigt an, dass der Motor seinen Magnetismus verloren hat und der magnetische Stahl ersetzt werden muss.

02. Überhitzung des Entmagnetisierungsproblems

Der Verlust des Magnetismus durch Überhitzung ist ein heikles Thema, und die Verschlechterung der magnetischen Eigenschaften von Magneten kann auch zu Überstrom- und Überhitzungsproblemen führen. Wenn der Einfluss der magnetischen Eigenschaften des Magnetstahls ausgeschlossen wird und nur der thermische Faktor berücksichtigt wird, kann festgestellt werden, dass es zwei Situationen gibt, in denen das Phänomen der Entmagnetisierung durch Überhitzung auftritt: Erstens ist der Zirkulationsbelüftungsweg im Motor vorhanden unvernünftig, was gegen das Naturgesetz der Kälte- und Wärmeleitung verstößt und zu einer lokalen Wärmeansammlung führt; Zweitens ist die Wärmebelastung der Wicklung zu hoch und die Wärmeerzeugung übersteigt das Wärmeaustauschniveau des Motorwärmeaustauschsystems.

03. Das Problem des zu hohen Entmagnetisierungsstroms

Wenn bei laufendem Motor der Laststrom die Anti-Entmagnetisierungsfähigkeit des Magneten überschreitet, kommt es zu einer irreversiblen Entmagnetisierung des Magneten, was den Laststrom weiter erhöht und die irreversible Entmagnetisierung des Magneten verschlimmert. Diese Hin- und Herbewegung beschleunigt die irreversible Entmagnetisierung bis zur Entmagnetisierung.

Wie kann man die Entmagnetisierung von Permanentmagnetmotoren verhindern?

01. Richtige Auswahl der Permanentmagnetmotorleistung:

Die Entmagnetisierung hängt mit der Leistungsauswahl von Permanentmagnetmotoren zusammen. Durch die richtige Wahl der PM-Motorleistung kann die Entmagnetisierung verhindert oder verzögert werden. Der Hauptgrund für die Entmagnetisierung des Permanentmagnet-Synchronmotors ist eine zu hohe Temperatur, und die Überlastung ist der Hauptgrund für die hohe Temperatur. Daher sollte bei der Auswahl der Leistung des Permanentmagnetmotors ein gewisser Spielraum gelassen werden. Je nach tatsächlicher Belastungssituation sind im Allgemeinen etwa 20 % angemessener.

02. Vermeiden Sie Schwerlaststarts und häufiges Starten:

Permanentmagnet-Synchronmotoren versuchen, den Direktanlauf oder den häufigen Anlauf schwerer Lasten zu vermeiden. Während des Startvorgangs oszilliert das Startdrehmoment und im Talbereich des Startdrehmoments entmagnetisiert das Statormagnetfeld den Rotormagnetpol. Versuchen Sie daher, die starke Belastung und das häufige Anlaufen des Permanentmagnet-Synchronmotors zu vermeiden.

03. Verbessern Sie das Design:

(1) Erhöhen Sie die Dicke des Permanentmagneten entsprechend:

Aus der Perspektive der Konstruktion und Herstellung von Permanentmagnet-Synchronmotoren muss die Beziehung zwischen Ankerreaktion, elektromagnetischem Drehmoment und Permanentmagnet-Entmagnetisierung berücksichtigt werden.

Durch die kombinierte Wirkung des durch den Drehmomentwicklungsstrom erzeugten Magnetflusses und des durch die Radialkraftwicklung erzeugten Magnetflusses kommt es leicht zu einer Entmagnetisierung der Permanentmagnete auf der Rotoroberfläche.

Unter der Voraussetzung, dass der Luftspalt des Motors unverändert bleibt, besteht die effektivste Methode darin, die Dicke des Permanentmagneten entsprechend zu erhöhen, um sicherzustellen, dass der Permanentmagnet nicht entmagnetisiert wird.

(2) Im Rotor befindet sich ein Lüftungsnutkreislauf, um den Temperaturanstieg des Rotors zu reduzieren:

Wenn die Temperatur des Rotors zu hoch ist, verursacht der Permanentmagnet einen irreversiblen Magnetismusverlust. Bei der Konstruktion kann der interne Belüftungskreislauf des Rotors so ausgelegt werden, dass der magnetische Stahl direkt gekühlt wird. Dies senkt nicht nur die Temperatur des magnetischen Stahls, sondern verbessert auch seine Effizienz.