"جوهر" محركات المغناطيس الدائم هو المغناطيس الدائم

يرتبط تطوير محركات المغناطيس الدائم ارتباطًا وثيقًا بتطوير مواد المغناطيس الدائم. تعد الصين أول دولة في العالم تكتشف الخواص المغناطيسية للمواد ذات المغناطيس الدائم وتطبقها عمليا. منذ أكثر من 2000 عام، استخدمت الصين الخصائص المغناطيسية للمواد ذات المغناطيس الدائم لصنع البوصلات، والتي لعبت دورًا كبيرًا في الملاحة والمجالات العسكرية وغيرها، وأصبحت واحدة من الاختراعات الأربعة العظيمة للصين القديمة.

أول محرك في العالم، والذي ظهر في عشرينيات القرن العشرين، كان عبارة عن محرك ذو مغناطيس دائم يستخدم المغناطيس الدائم لتوليد مجالات مغناطيسية مثيرة. ومع ذلك، فإن مادة المغناطيس الدائم المستخدمة في ذلك الوقت كانت عبارة عن أكسيد الحديد الأسود الطبيعي (Fe3O4)، الذي كان يتمتع بكثافة طاقة مغناطيسية منخفضة جدًا. كان المحرك المصنوع منه كبيرًا الحجم وسرعان ما تم استبداله بمحرك الإثارة الكهربائي.

مع التطور السريع للمحركات المختلفة واختراع الممغنطات الحالية، أجرى الناس بحثًا متعمقًا حول آلية وتكوين وتكنولوجيا تصنيع المواد المغناطيسية الدائمة، واكتشفوا على التوالي مجموعة متنوعة من المواد المغناطيسية الدائمة مثل الفولاذ الكربوني والتنغستن الصلب (أقصى منتج طاقة مغناطيسي يبلغ حوالي 2.7 كيلوجول/م3)، وفولاذ الكوبالت (أقصى منتج طاقة مغناطيسي يبلغ حوالي 7.2 كيلوجول/م3).

على وجه الخصوص، أدى ظهور المغناطيس الدائم من الألومنيوم والنيكل والكوبالت في ثلاثينيات القرن العشرين (يمكن أن يصل الحد الأقصى لمنتج الطاقة المغناطيسية إلى 85 كيلوجول/م3) والمغناطيس الدائم من الفريت في الخمسينيات (يمكن أن يصل الحد الأقصى لمنتج الطاقة المغناطيسية إلى 40 كيلوجول/م3) إلى تحسين الخواص المغناطيسية بشكل كبير وقد بدأت العديد من المحركات الدقيقة والصغيرة في استخدام إثارة المغناطيس الدائم. وتتراوح قوة محركات المغناطيس الدائم من بضعة ملي واط إلى عشرات الكيلو واط. وهي تستخدم على نطاق واسع في الإنتاج العسكري والصناعي والزراعي وفي الحياة اليومية، وقد زاد إنتاجها بشكل كبير.

في المقابل، خلال هذه الفترة، تم تحقيق اختراقات في نظرية التصميم وطرق الحساب والمغنطة وتكنولوجيا تصنيع محركات المغناطيس الدائم، مما شكل مجموعة من طرق التحليل والبحث ممثلة بطريقة مخطط عمل المغناطيس الدائم. ومع ذلك، فإن القوة القسرية للمغناطيس الدائم AlNiCo منخفضة (36-160 كيلو أمبير / م)، والكثافة المغناطيسية المتبقية للمغناطيس الدائم من الفريت ليست عالية (0.2-0.44 طن)، مما يحد من نطاق تطبيقها في المحركات.

لم يكن الأمر كذلك حتى ستينيات وثمانينيات القرن العشرين عندما ظهرت المغناطيسات الدائمة من الكوبالت الأرضية النادرة والمغناطيس الدائم من حديد النيوديميوم والبورون (يشار إليها مجتمعة باسم المغناطيس الدائم للأتربة النادرة) واحدًا تلو الآخر. خواصها المغناطيسية الممتازة للكثافة المغناطيسية الدائمة العالية، القوة القسرية العالية، منتج الطاقة المغناطيسية العالي ومنحنى إزالة المغناطيسية الخطي مناسبة بشكل خاص لتصنيع المحركات، وبالتالي الدخول في تطوير محركات المغناطيس الدائم إلى فترة تاريخية جديدة.

1. المواد المغناطيسية الدائمة

تشتمل مواد المغناطيس الدائم المستخدمة بشكل شائع في المحركات على المغناطيس الملبد والمغناطيس المستعبد، والأنواع الرئيسية هي كوبالت نيكل الألومنيوم، والفريت، وكوبالت السماريوم، وبورون حديد النيوديميوم، وما إلى ذلك.

النيكو: مادة النيكو المغناطيسية الدائمة هي واحدة من أقدم المواد المغناطيسية الدائمة المستخدمة على نطاق واسع، وعملية تحضيرها وتقنياتها ناضجة نسبيًا.

الفريت الدائم: في الخمسينيات من القرن الماضي، بدأ الفريت في الازدهار، خاصة في السبعينيات، عندما تم إنتاج فريت السترونتيوم ذو القوة القسرية الجيدة وأداء الطاقة المغناطيسية بكميات كبيرة، مما أدى إلى التوسع السريع في استخدام الفريت الدائم. باعتباره مادة مغناطيسية غير معدنية، لا يحتوي الفريت على عيوب الأكسدة السهلة ودرجة حرارة كوري المنخفضة والتكلفة العالية للمواد ذات المغناطيس الدائم المعدني، لذلك فهو يحظى بشعبية كبيرة.

كوبالت السماريوم: مادة مغناطيسية دائمة ذات خصائص مغناطيسية ممتازة ظهرت في منتصف الستينيات ولها أداء مستقر للغاية. يعد كوبالت السماريوم مناسبًا بشكل خاص لتصنيع المحركات من حيث الخصائص المغناطيسية، ولكن نظرًا لارتفاع سعره، فإنه يستخدم بشكل أساسي في بحث وتطوير المحركات العسكرية مثل الطيران والفضاء والأسلحة، والمحركات في مجالات التكنولوجيا الفائقة حيث الأداء العالي والسعر ليسا العامل الرئيسي.

ندفيب: المادة المغناطيسية ندفيب عبارة عن سبيكة من النيوديميوم وأكسيد الحديد وما إلى ذلك، والمعروفة أيضًا بالفولاذ المغناطيسي. لديها منتج طاقة مغناطيسي عالي للغاية وقوة قسرية. في الوقت نفسه، فإن مزايا كثافة الطاقة العالية تجعل مواد المغناطيس الدائم NdFeB تستخدم على نطاق واسع في الصناعة الحديثة والتكنولوجيا الإلكترونية، مما يجعل من الممكن تصغير وتفتيح وتخفيف المعدات مثل الأدوات والمحركات الكهربائية الصوتية والفصل المغناطيسي والمغنطة. بسبب احتوائه على كمية كبيرة من النيوديميوم والحديد، فإنه من السهل أن يصدأ. يعد التخميل الكيميائي السطحي أحد أفضل الحلول في الوقت الحاضر.

مقاومة التآكل، درجة حرارة التشغيل القصوى، أداء المعالجة، شكل منحنى إزالة المغناطيسية،

ومقارنة أسعار المواد ذات المغناطيس الدائم الشائعة الاستخدام في المحركات (الشكل)

2.تأثير شكل الفولاذ المغناطيسي وتحمله على الأداء الحركي

1. تأثير سمك الفولاذ المغناطيسي

عندما يتم إصلاح الدائرة المغناطيسية الداخلية أو الخارجية، تقل فجوة الهواء ويزداد التدفق المغناطيسي الفعال عندما يزيد السُمك. المظهر الواضح هو أن سرعة عدم التحميل تتناقص ويتناقص تيار عدم التحميل تحت نفس المغناطيسية المتبقية، وتزداد الكفاءة القصوى للمحرك. ومع ذلك، هناك أيضًا عيوب، مثل زيادة اهتزاز التبديل للمحرك ومنحنى كفاءة أكثر انحدارًا نسبيًا للمحرك. لذلك، يجب أن يكون سمك الفولاذ المغناطيسي للمحرك ثابتًا قدر الإمكان لتقليل الاهتزاز.

2. تأثير عرض الفولاذ المغناطيسي

بالنسبة لمغناطيسات المحركات عديمة الفرشاة المتباعدة بشكل وثيق، لا يمكن أن تتجاوز الفجوة التراكمية الإجمالية 0.5 مم. إذا كان صغيرًا جدًا، فلن يتم تثبيته. إذا كان حجمه كبيرًا جدًا، فسوف يهتز المحرك ويقلل الكفاءة. وذلك لأن موضع عنصر القاعة الذي يقيس موضع المغناطيس لا يتوافق مع الموضع الفعلي للمغناطيس، ويجب أن يكون العرض ثابتًا، وإلا سيكون للمحرك كفاءة منخفضة واهتزاز كبير.

بالنسبة للمحركات المصقولة، توجد فجوة معينة بين المغناطيسات، وهي مخصصة لمنطقة انتقال التبديل الميكانيكي. على الرغم من وجود فجوة، فإن معظم الشركات المصنعة لديها إجراءات صارمة لتثبيت المغناطيس لضمان دقة التثبيت من أجل ضمان موضع التثبيت الدقيق لمغناطيس المحرك. إذا تجاوز عرض المغناطيس، فلن يتم تثبيته؛ إذا كان عرض المغناطيس صغيرًا جدًا، فسيؤدي ذلك إلى محاذاة المغناطيس بشكل غير صحيح، وسيهتز المحرك أكثر، وستنخفض الكفاءة.

3. تأثير حجم الشطب الفولاذي المغناطيسي وعدم الشطب

إذا لم يتم الشطب، فإن معدل تغير المجال المغناطيسي عند حافة المجال المغناطيسي للمحرك سيكون كبيرًا، مما يتسبب في نبض المحرك. كلما كان الشطب أكبر، كلما كان الاهتزاز أصغر. ومع ذلك، الشطب عموما يسبب خسارة معينة في التدفق المغناطيسي. بالنسبة لبعض المواصفات، يكون فقدان التدفق المغناطيسي من 0.5 إلى 1.5% عندما يكون الشطب 0.8. بالنسبة للمحركات المصقولة ذات المغناطيسية المتبقية المنخفضة، فإن تقليل حجم الشطب بشكل مناسب سيساعد في تعويض المغناطيسية المتبقية، ولكن نبض المحرك سيزداد. بشكل عام، عندما تكون المغناطيسية المتبقية منخفضة، يمكن توسيع التسامح في اتجاه الطول بشكل مناسب، مما يمكن أن يزيد التدفق المغناطيسي الفعال إلى حد معين ويحافظ على أداء المحرك دون تغيير بشكل أساسي.

3. ملاحظات على محركات المغناطيس الدائم

1. هيكل الدائرة المغناطيسية وحساب التصميم

من أجل إطلاق العنان للخصائص المغناطيسية لمختلف مواد المغناطيس الدائم، وخاصة الخصائص المغناطيسية الممتازة للمغناطيس الدائم الأرضي النادر، وتصنيع محركات المغناطيس الدائم فعالة من حيث التكلفة، فإنه ليس من الممكن ببساطة تطبيق طرق حساب الهيكل والتصميم محركات المغناطيس الدائم التقليدية أو محركات الإثارة الكهرومغناطيسية. يجب إنشاء مفاهيم تصميمية جديدة لإعادة تحليل وتحسين بنية الدائرة المغناطيسية. مع التطور السريع لتكنولوجيا أجهزة الكمبيوتر والبرمجيات، فضلا عن التحسين المستمر لأساليب التصميم الحديثة مثل الحساب العددي للمجال الكهرومغناطيسي، والتصميم الأمثل وتكنولوجيا المحاكاة، ومن خلال الجهود المشتركة للمجتمعات الأكاديمية والهندسية الحركية، تم تحقيق اختراقات تم صنعها في نظرية التصميم وطرق الحساب والعمليات الهيكلية وتقنيات التحكم في المحركات ذات المغناطيس الدائم، مما يشكل مجموعة كاملة من طرق التحليل والبحث وبرامج التحليل والتصميم بمساعدة الكمبيوتر التي تجمع بين الحساب العددي للمجال الكهرومغناطيسي والحل التحليلي للدائرة المغناطيسية المكافئة، و يتم تحسينها بشكل مستمر.

2. مشكلة إزالة المغناطيسية التي لا رجعة فيها

إذا كان التصميم أو الاستخدام غير مناسب، فقد يؤدي محرك المغناطيس الدائم إلى إزالة المغناطيسية بشكل لا رجعة فيه، أو إزالة المغناطيسية، عندما تكون درجة الحرارة مرتفعة جدًا (المغناطيس الدائم NdFeB) أو منخفضة جدًا (المغناطيس الدائم من الفريت)، تحت تفاعل عضو الإنتاج الناتج عن تيار التأثير، أو تحت اهتزاز ميكانيكي شديد مما يقلل من أداء المحرك ويجعله غير صالح للاستخدام. لذلك، من الضروري دراسة وتطوير طرق وأجهزة مناسبة لمصنعي المحركات للتحقق من الاستقرار الحراري للمواد ذات المغناطيس الدائم، وتحليل قدرات مكافحة إزالة المغناطيسية لمختلف الأشكال الهيكلية، بحيث يمكن اتخاذ التدابير المقابلة أثناء التصميم والتصنيع. للتأكد من أن محرك المغناطيس الدائم لا يفقد المغناطيسية.

3. قضايا التكلفة

نظرًا لأن المغناطيس الدائم للأتربة النادرة لا يزال باهظ الثمن نسبيًا، فإن تكلفة محركات المغناطيس الدائم للأتربة النادرة أعلى عمومًا من تكلفة محركات الإثارة الكهربائية، والتي يجب تعويضها بأدائها العالي وتوفير تكاليف التشغيل. في بعض المناسبات، مثل محركات الملفات الصوتية لمحركات أقراص الكمبيوتر، يؤدي استخدام مغناطيس NdFeB الدائم إلى تحسين الأداء وتقليل الحجم والكتلة بشكل كبير وتقليل التكاليف الإجمالية. عند التصميم، من الضروري إجراء مقارنة بين الأداء والسعر بناءً على مناسبات ومتطلبات الاستخدام المحددة، وابتكار العمليات الهيكلية وتحسين التصميمات لتقليل التكاليف.

شركة انهوى مينجتينج للمعدات الكهروميكانيكية ذات المغناطيس الدائم المحدودة (https://www.mingtengmotor.com/). لا يزيد معدل إزالة المغناطيسية للفولاذ المغناطيسي لمحرك المغناطيس الدائم عن جزء من الألف في السنة.

تعتمد مادة المغناطيس الدائم لدوار محرك المغناطيس الدائم لشركتنا منتجات طاقة مغناطيسية عالية وإكراه جوهري عالي متكلس NdFeB، والدرجات التقليدية هي N38SH، N38UH، N40UH، N42UH، إلخ. خذ N38SH، وهي درجة شائعة الاستخدام لشركتنا ، على سبيل المثال: 38- يمثل الحد الأقصى لمنتج الطاقة المغناطيسية البالغ 38MGOe؛ يمثل SH أقصى مقاومة لدرجة الحرارة تبلغ 150 درجة مئوية. تتمتع UH بأقصى مقاومة لدرجة الحرارة تصل إلى 180 درجة مئوية. صممت الشركة أدوات احترافية وتركيبات توجيهية لتجميع الفولاذ المغناطيسي، وحللت نوعيًا قطبية الفولاذ المغناطيسي المُجمَّع بوسائل معقولة، بحيث تكون قيمة التدفق المغناطيسي النسبي لكل فتحة من الفولاذ المغناطيسي قريبة، مما يضمن تناسق المغناطيسي. الدائرة وجودة تجميع الفولاذ المغناطيسي.

حقوق الطبع والنشر: هذه المقالة عبارة عن إعادة طبع لرقم WeChat العام "محرك اليوم"، الرابط الأصلي https://mp.weixin.qq.com/s/zZn3UsYZeDwicEDwIdsbPg

هذه المقالة لا تمثل آراء شركتنا. إذا كان لديك آراء أو وجهات نظر مختلفة، يرجى تصحيحنا!