“แกนหลัก” ของมอเตอร์แม่เหล็กถาวร – แม่เหล็กถาวร

การพัฒนามอเตอร์แม่เหล็กถาวรมีความเกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับการพัฒนาวัสดุแม่เหล็กถาวร จีนเป็นประเทศแรกในโลกที่ค้นพบคุณสมบัติทางแม่เหล็กของวัสดุแม่เหล็กถาวรและนำมาประยุกต์ใช้ในทางปฏิบัติ กว่า 2,000 ปีก่อน จีนได้นำคุณสมบัติทางแม่เหล็กของวัสดุแม่เหล็กถาวรมาผลิตเข็มทิศ ซึ่งมีบทบาทสำคัญในการเดินเรือ การทหาร และสาขาอื่นๆ และกลายเป็นหนึ่งในสี่สิ่งประดิษฐ์อันยิ่งใหญ่ของจีนโบราณ

มอเตอร์ตัวแรกของโลกซึ่งปรากฏขึ้นในช่วงทศวรรษ 1920 เป็นมอเตอร์แม่เหล็กถาวรที่ใช้แม่เหล็กถาวรเพื่อสร้างสนามแม่เหล็กกระตุ้น อย่างไรก็ตาม วัสดุแม่เหล็กถาวรที่ใช้ในเวลานั้นคือแมกนีไทต์ธรรมชาติ (Fe3O4) ซึ่งมีความหนาแน่นพลังงานแม่เหล็กต่ำมาก มอเตอร์ที่ทำจากแมกนีไทต์มีขนาดใหญ่และในไม่ช้าก็ถูกแทนที่ด้วยมอเตอร์กระตุ้นไฟฟ้า

ด้วยการพัฒนาอย่างรวดเร็วของมอเตอร์ชนิดต่างๆ และการประดิษฐ์เครื่องสร้างแม่เหล็กในปัจจุบัน ผู้คนได้ทำการวิจัยเชิงลึกเกี่ยวกับกลไก องค์ประกอบ และเทคโนโลยีการผลิตของวัสดุแม่เหล็กถาวร และได้ค้นพบวัสดุแม่เหล็กถาวรหลากหลายชนิดอย่างต่อเนื่อง เช่น เหล็กกล้าคาร์บอน เหล็กทังสเตน (ผลิตภัณฑ์พลังงานแม่เหล็กสูงสุดประมาณ 2.7 kJ/m3) และเหล็กโคบอลต์ (ผลิตภัณฑ์พลังงานแม่เหล็กสูงสุดประมาณ 7.2 kJ/m3)

โดยเฉพาะอย่างยิ่ง การปรากฏตัวของแม่เหล็กถาวรอะลูมิเนียมนิกเกิลโคบอลต์ในช่วงทศวรรษ 1930 (ผลผลิตพลังงานแม่เหล็กสูงสุดอาจสูงถึง 85 กิโลจูล/ลูกบาศก์เมตร) และแม่เหล็กถาวรเฟอร์ไรต์ในช่วงทศวรรษ 1950 (ผลผลิตพลังงานแม่เหล็กสูงสุดอาจสูงถึง 40 กิโลจูล/ลูกบาศก์เมตร) ส่งผลให้คุณสมบัติทางแม่เหล็กได้รับการปรับปรุงอย่างมาก และมอเตอร์ขนาดเล็กและขนาดเล็กหลายชนิดก็เริ่มใช้การกระตุ้นด้วยแม่เหล็กถาวร กำลังของมอเตอร์แม่เหล็กถาวรมีตั้งแต่ไม่กี่มิลลิวัตต์ไปจนถึงหลายสิบกิโลวัตต์ มอเตอร์เหล่านี้ถูกนำไปใช้อย่างแพร่หลายในด้านการทหาร อุตสาหกรรม เกษตรกรรม และในชีวิตประจำวัน และกำลังผลิตก็เพิ่มขึ้นอย่างมาก

ในช่วงเวลาดังกล่าว ได้มีการพัฒนาอย่างก้าวกระโดดในด้านทฤษฎีการออกแบบ วิธีการคำนวณ เทคโนโลยีการทำให้เป็นแม่เหล็ก และการผลิตมอเตอร์แม่เหล็กถาวร ซึ่งก่อให้เกิดชุดวิธีการวิเคราะห์และวิจัยที่แสดงด้วยวิธีแผนภาพการทำงานของแม่เหล็กถาวร อย่างไรก็ตาม แรงบีบบังคับของแม่เหล็กถาวร AlNiCo อยู่ในระดับต่ำ (36-160 kA/m) และความหนาแน่นแม่เหล็กตกค้างของแม่เหล็กถาวรเฟอร์ไรต์ก็ไม่สูง (0.2-0.44 T) ซึ่งจำกัดขอบเขตการใช้งานในมอเตอร์

จนกระทั่งช่วงทศวรรษ 1960 และ 1980 แม่เหล็กถาวรโคบอลต์ธาตุหายากและแม่เหล็กถาวรนีโอดิเมียมเหล็กโบรอน (เรียกรวมกันว่าแม่เหล็กถาวรธาตุหายาก) จึงถูกผลิตออกมาอย่างต่อเนื่อง คุณสมบัติทางแม่เหล็กอันยอดเยี่ยมของแม่เหล็กเหล่านี้ ได้แก่ ความหนาแน่นแม่เหล็กตกค้างสูง แรงบีบสูง ผลิตภัณฑ์พลังงานแม่เหล็กสูง และเส้นโค้งการล้างอำนาจแม่เหล็กเชิงเส้น เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการผลิตมอเตอร์ จึงเป็นการผลักดันการพัฒนามอเตอร์แม่เหล็กถาวรเข้าสู่ยุคประวัติศาสตร์ใหม่

1.วัสดุแม่เหล็กถาวร

วัสดุแม่เหล็กถาวรที่ใช้กันทั่วไปในมอเตอร์ ได้แก่ แม่เหล็กเผาผนึกและแม่เหล็กยึดติด ประเภทหลักๆ ได้แก่ อะลูมิเนียม นิกเกิล โคบอลต์ เฟอร์ไรต์ ซาแมเรียมโคบอลต์ นีโอดิเมียม เหล็ก โบรอน เป็นต้น

Alnico: วัสดุแม่เหล็กถาวร Alnico เป็นหนึ่งในวัสดุแม่เหล็กถาวรที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในช่วงแรกๆ และกระบวนการเตรียมและเทคโนโลยีของวัสดุนี้ค่อนข้างสมบูรณ์แล้ว

เฟอร์ไรต์ถาวร: ในช่วงทศวรรษ 1950 เฟอร์ไรต์เริ่มได้รับความนิยม โดยเฉพาะอย่างยิ่งในช่วงทศวรรษ 1970 เมื่อมีการผลิตสตรอนเซียมเฟอร์ไรต์ที่มีแรงบีบบังคับและประสิทธิภาพพลังงานแม่เหล็กที่ดีในปริมาณมาก ทำให้การใช้เฟอร์ไรต์ถาวรขยายตัวอย่างรวดเร็ว เนื่องจากเฟอร์ไรต์เป็นวัสดุแม่เหล็กที่ไม่ใช่โลหะ จึงไม่เกิดการออกซิเดชันได้ง่าย อุณหภูมิคูรีต่ำ และมีราคาสูงเมื่อเทียบกับวัสดุแม่เหล็กถาวรโลหะ จึงเป็นที่นิยมอย่างมาก

ซาแมเรียมโคบอลต์: วัสดุแม่เหล็กถาวรที่มีคุณสมบัติทางแม่เหล็กดีเยี่ยม เกิดขึ้นในช่วงกลางทศวรรษ 1960 และมีสมรรถนะที่เสถียรมาก ซาแมเรียมโคบอลต์เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการผลิตมอเตอร์ที่มีคุณสมบัติทางแม่เหล็ก แต่เนื่องจากราคาสูง จึงนิยมนำไปใช้ในการวิจัยและพัฒนามอเตอร์ทางทหาร เช่น การบิน อวกาศ และอาวุธ รวมถึงมอเตอร์ในสาขาเทคโนโลยีขั้นสูงที่ประสิทธิภาพและราคาไม่ใช่ปัจจัยหลัก

NdFeB: วัสดุแม่เหล็ก NdFeB เป็นโลหะผสมของนีโอดิเมียม เหล็กออกไซด์ ฯลฯ หรือที่รู้จักกันในชื่อเหล็กแม่เหล็ก มีคุณสมบัติเป็นผลิตภัณฑ์พลังงานแม่เหล็กและแรงบีบบังคับที่สูงมาก ขณะเดียวกัน ความหนาแน่นพลังงานที่สูงทำให้วัสดุแม่เหล็กถาวร NdFeB ถูกใช้อย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมและเทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์สมัยใหม่ ทำให้สามารถย่อขนาด ลดน้ำหนัก และบางอุปกรณ์ต่างๆ เช่น เครื่องมือ มอเตอร์ไฟฟ้าอะคูสติก การแยกแม่เหล็ก และการแม่เหล็กได้ เนื่องจากมีส่วนผสมของนีโอดิเมียมและเหล็กจำนวนมาก จึงเกิดสนิมได้ง่าย การเคลือบพื้นผิวด้วยสารเคมีจึงเป็นหนึ่งในวิธีการที่ดีที่สุดในปัจจุบัน

ความต้านทานการกัดกร่อน อุณหภูมิการทำงานสูงสุด ประสิทธิภาพการประมวลผล รูปร่างเส้นโค้งการล้างแม่เหล็ก

และการเปรียบเทียบราคาวัสดุแม่เหล็กถาวรที่นิยมใช้ทำมอเตอร์ (รูป)

2.อิทธิพลของรูปร่างเหล็กแม่เหล็กและความคลาดเคลื่อนต่อสมรรถนะของมอเตอร์

1. อิทธิพลของความหนาของเหล็กแม่เหล็ก

เมื่อวงจรแม่เหล็กด้านในหรือด้านนอกคงที่ ช่องว่างอากาศจะลดลงและฟลักซ์แม่เหล็กที่มีประสิทธิภาพจะเพิ่มขึ้นเมื่อความหนาเพิ่มขึ้น สิ่งที่เห็นได้ชัดคือความเร็วรอบเดินเบาจะลดลงและกระแสรอบเดินเบาจะลดลงภายใต้สภาวะแม่เหล็กตกค้างเดียวกัน และประสิทธิภาพสูงสุดของมอเตอร์จะเพิ่มขึ้น อย่างไรก็ตาม ยังมีข้อเสีย เช่น การสั่นสะเทือนของมอเตอร์ที่เพิ่มขึ้นจากการสับเปลี่ยน และเส้นโค้งประสิทธิภาพที่ค่อนข้างชันของมอเตอร์ ดังนั้น ความหนาของเหล็กแม่เหล็กมอเตอร์จึงควรมีความสม่ำเสมอมากที่สุดเพื่อลดการสั่นสะเทือน

2.อิทธิพลของความกว้างของเหล็กแม่เหล็ก

สำหรับแม่เหล็กมอเตอร์ไร้แปรงถ่านที่มีระยะห่างใกล้เคียงกัน ช่องว่างสะสมรวมต้องไม่เกิน 0.5 มม. หากช่องว่างเล็กเกินไปจะไม่สามารถติดตั้งได้ หากช่องว่างใหญ่เกินไป มอเตอร์จะสั่นสะเทือนและประสิทธิภาพลดลง เนื่องจากตำแหน่งขององค์ประกอบฮอลล์ที่ใช้วัดตำแหน่งของแม่เหล็กไม่สอดคล้องกับตำแหน่งจริงของแม่เหล็ก และความกว้างต้องสม่ำเสมอ มิฉะนั้นมอเตอร์จะมีประสิทธิภาพต่ำและเกิดการสั่นสะเทือนมาก

สำหรับมอเตอร์แบบแปรงถ่าน จะมีช่องว่างระหว่างแม่เหล็ก ซึ่งสงวนไว้สำหรับโซนเปลี่ยนผ่านของมอเตอร์แบบสับเปลี่ยน แม้ว่าจะมีช่องว่างอยู่บ้าง แต่ผู้ผลิตส่วนใหญ่มีขั้นตอนการติดตั้งแม่เหล็กที่เข้มงวดเพื่อให้มั่นใจถึงความแม่นยำในการติดตั้ง เพื่อให้มั่นใจว่าตำแหน่งการติดตั้งแม่เหล็กมอเตอร์ถูกต้อง หากแม่เหล็กมีความกว้างเกิน จะไม่สามารถติดตั้งได้ หากแม่เหล็กมีความกว้างน้อยเกินไป จะทำให้แม่เหล็กไม่ตรงแนว มอเตอร์จะสั่นสะเทือนมากขึ้น และประสิทธิภาพจะลดลง

3.อิทธิพลของขนาดมุมเอียงเหล็กแม่เหล็กและการไม่มุมเอียง

หากไม่ทำการลบมุม อัตราการเปลี่ยนแปลงของสนามแม่เหล็กที่ขอบสนามแม่เหล็กของมอเตอร์จะมีขนาดใหญ่ ทำให้เกิดการสั่นของมอเตอร์ ยิ่งลบมุมมาก การสั่นสะเทือนก็จะน้อยลง อย่างไรก็ตาม โดยทั่วไปแล้วการลบมุมจะทำให้เกิดการสูญเสียฟลักซ์แม่เหล็กในระดับหนึ่ง สำหรับบางรุ่น การสูญเสียฟลักซ์แม่เหล็กจะอยู่ที่ 0.5-1.5% เมื่อลบมุมที่ 0.8 สำหรับมอเตอร์แบบแปรงถ่านที่มีค่าแม่เหล็กตกค้างต่ำ การลดขนาดของการลบมุมอย่างเหมาะสมจะช่วยชดเชยค่าแม่เหล็กตกค้างได้ แต่การสั่นของมอเตอร์จะเพิ่มขึ้น โดยทั่วไปแล้ว เมื่อค่าแม่เหล็กตกค้างต่ำ สามารถเพิ่มค่าความคลาดเคลื่อนในทิศทางความยาวได้อย่างเหมาะสม ซึ่งจะช่วยเพิ่มฟลักซ์แม่เหล็กที่มีประสิทธิภาพได้ในระดับหนึ่ง และรักษาประสิทธิภาพของมอเตอร์ให้อยู่ในระดับเดิม

3.หมายเหตุเกี่ยวกับมอเตอร์แม่เหล็กถาวร

1. การคำนวณโครงสร้างและการออกแบบวงจรแม่เหล็ก

เพื่อให้คุณสมบัติทางแม่เหล็กของวัสดุแม่เหล็กถาวรต่างๆ มีประสิทธิภาพสูงสุด โดยเฉพาะอย่างยิ่งคุณสมบัติทางแม่เหล็กอันยอดเยี่ยมของแม่เหล็กถาวรธาตุหายาก และเพื่อผลิตมอเตอร์แม่เหล็กถาวรที่คุ้มค่า การนำวิธีการคำนวณโครงสร้างและการออกแบบของมอเตอร์แม่เหล็กถาวรแบบดั้งเดิมหรือมอเตอร์กระตุ้นแม่เหล็กไฟฟ้ามาใช้เพียงอย่างเดียวจึงเป็นไปไม่ได้ จำเป็นต้องมีแนวคิดการออกแบบใหม่ๆ เพื่อวิเคราะห์และปรับปรุงโครงสร้างวงจรแม่เหล็ก ด้วยการพัฒนาอย่างรวดเร็วของเทคโนโลยีฮาร์ดแวร์และซอฟต์แวร์คอมพิวเตอร์ รวมถึงการพัฒนาอย่างต่อเนื่องของวิธีการออกแบบสมัยใหม่ เช่น การคำนวณเชิงตัวเลขของสนามแม่เหล็กไฟฟ้า การออกแบบและการจำลองค่าที่เหมาะสมที่สุด และด้วยความร่วมมือของแวดวงวิชาการและวิศวกรรมยานยนต์ ทำให้เกิดความก้าวหน้าอย่างก้าวกระโดดในทฤษฎีการออกแบบ วิธีการคำนวณ กระบวนการโครงสร้าง และเทคโนโลยีการควบคุมของมอเตอร์แม่เหล็กถาวร ก่อให้เกิดชุดวิธีการวิเคราะห์และวิจัยที่สมบูรณ์ รวมถึงซอฟต์แวร์วิเคราะห์และออกแบบด้วยคอมพิวเตอร์ ซึ่งผสานรวมการคำนวณเชิงตัวเลขของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าและโซลูชันการวิเคราะห์วงจรแม่เหล็กสมมูลเข้าด้วยกัน และกำลังได้รับการปรับปรุงอย่างต่อเนื่อง

2. ปัญหาการล้างอำนาจแม่เหล็กแบบไม่สามารถย้อนกลับได้

หากการออกแบบหรือการใช้งานไม่ถูกต้อง มอเตอร์แม่เหล็กถาวรอาจเกิดการล้างอำนาจแม่เหล็กแบบถาวรหรือล้างอำนาจแม่เหล็กได้เมื่ออุณหภูมิสูงเกินไป (แม่เหล็กถาวร NdFeB) หรือต่ำเกินไป (แม่เหล็กถาวรเฟอร์ไรต์) ภายใต้ปฏิกิริยาของอาร์เมเจอร์ที่เกิดจากกระแสไฟฟ้ากระแทก หรือภายใต้แรงสั่นสะเทือนทางกลที่รุนแรง ซึ่งจะทำให้ประสิทธิภาพของมอเตอร์ลดลงและอาจถึงขั้นใช้งานไม่ได้ ดังนั้น จึงจำเป็นต้องศึกษาและพัฒนาวิธีการและอุปกรณ์ที่เหมาะสมสำหรับผู้ผลิตมอเตอร์ เพื่อตรวจสอบเสถียรภาพทางความร้อนของวัสดุแม่เหล็กถาวร และวิเคราะห์ความสามารถในการป้องกันการล้างอำนาจแม่เหล็กของโครงสร้างต่างๆ เพื่อให้สามารถดำเนินมาตรการที่เกี่ยวข้องในระหว่างการออกแบบและการผลิต เพื่อให้มั่นใจว่ามอเตอร์แม่เหล็กถาวรจะไม่สูญเสียพลังแม่เหล็ก

3.ปัญหาต้นทุน

เนื่องจากแม่เหล็กถาวรธาตุหายากยังคงมีราคาค่อนข้างสูง ต้นทุนของมอเตอร์แม่เหล็กถาวรธาตุหายากจึงสูงกว่ามอเตอร์กระตุ้นไฟฟ้า ซึ่งจำเป็นต้องได้รับการชดเชยด้วยประสิทธิภาพที่สูงและการประหยัดต้นทุนการดำเนินงาน ในบางกรณี เช่น มอเตอร์คอยล์เสียงสำหรับไดรฟ์ดิสก์คอมพิวเตอร์ การใช้แม่เหล็กถาวร NdFeB ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพ ลดปริมาตรและมวล และลดต้นทุนรวมได้อย่างมาก ในการออกแบบ จำเป็นต้องเปรียบเทียบประสิทธิภาพและราคาตามโอกาสและข้อกำหนดการใช้งานเฉพาะ รวมถึงการพัฒนากระบวนการโครงสร้างและเพิ่มประสิทธิภาพการออกแบบเพื่อลดต้นทุน

บริษัท อานฮุยหมิงเต็ง แมกเนติกถาวร อิเล็กโทรแมคคานิค อิควิปเมนต์ จำกัด (https://www.mingtengmotor.com/) อัตราการกำจัดแม่เหล็กของแม่เหล็กมอเตอร์แม่เหล็กถาวรเหล็กไม่เกินหนึ่งในพันต่อปี

วัสดุแม่เหล็กถาวรของโรเตอร์มอเตอร์แม่เหล็กถาวรของบริษัทเราใช้วัสดุแม่เหล็ก NdFeB เผาผนึกที่มีพลังงานแม่เหล็กสูงและมีค่าแรงแม่เหล็กภายในสูง เกรดทั่วไป ได้แก่ N38SH, N38UH, N40UH, N42UH เป็นต้น ยกตัวอย่างเช่น N38SH ซึ่งเป็นเกรดที่นิยมใช้ของบริษัทเรา 38- หมายถึงผลิตภัณฑ์พลังงานแม่เหล็กสูงสุด 38MGOe; SH หมายถึงความต้านทานอุณหภูมิสูงสุด 150℃; UH มีความต้านทานอุณหภูมิสูงสุด 180℃ บริษัทได้ออกแบบเครื่องมือและอุปกรณ์จับยึดแบบมืออาชีพสำหรับการประกอบเหล็กแม่เหล็ก และวิเคราะห์ขั้วของเหล็กแม่เหล็กที่ประกอบขึ้นด้วยวิธีที่เหมาะสม เพื่อให้ค่าฟลักซ์แม่เหล็กสัมพัทธ์ของเหล็กแม่เหล็กแต่ละช่องใกล้เคียงกัน ซึ่งรับประกันความสมมาตรของวงจรแม่เหล็กและคุณภาพของการประกอบเหล็กแม่เหล็ก

ลิขสิทธิ์: บทความนี้เป็นการพิมพ์ซ้ำหมายเลขสาธารณะ WeChat “ยานยนต์แห่งวันนี้” ลิงก์ดั้งเดิม https://mp.weixin.qq.com/s/zZn3UsYZeDwicEDwIdsbPg

บทความนี้ไม่สะท้อนมุมมองของบริษัทเรา หากคุณมีความคิดเห็นหรือมุมมองที่แตกต่าง โปรดแก้ไขให้เราด้วย!