Quali sono i materiali magnetici più comunemente utilizzati nei motori?

I materiali magnetici permanenti comunemente utilizzati nei motori includono magneti sinterizzati e magneti legati; i tipi principali sono AlNiCo, ferrite, SmCo, NdFeB, ecc.

Alnico: Il materiale magnetico permanente Alnico è il primo materiale magnetico permanente ampiamente utilizzato e il suo processo di produzione e la relativa tecnologia sono relativamente maturi. Attualmente, esistono stabilimenti che lo producono in Giappone, negli Stati Uniti, in Europa, in Russia e in Cina.

Materiale in ferrite permanente: Negli anni '1950, la ferrite iniziò a diffondersi, soprattutto negli anni '1970, quando la ferrite di stronzio, con le sue buone prestazioni in termini di coercitività e prodotto di energia magnetica, venne prodotta in grandi quantità, il che ampliò rapidamente l'utilizzo della ferrite permanente. Essendo un materiale magnetico non metallico, la ferrite non presenta gli svantaggi di facile ossidazione, bassa temperatura di Curie e alto costo dei materiali magnetici permanenti metallici, pertanto è molto popolare.

Materiale al samario-cobalto: un materiale magnetico permanente con eccellenti proprietà magnetiche, emerso a metà degli anni '1960, caratterizzato da prestazioni molto stabili. Il samario-cobalto è particolarmente adatto alla produzione di motori in termini di proprietà magnetiche, ma a causa del suo prezzo elevato, viene utilizzato principalmente nella ricerca e sviluppo di motori militari, come quelli per l'aviazione, l'aerospaziale e gli armamenti, e in motori impiegati in settori ad alte prestazioni e ad alta tecnologia.

Materiale NdFeB : Il materiale magnetico NdFeB è una lega di neodimio, ossido di ferro, ecc., nota anche come acciaio magnetico. Possiede un prodotto di energia magnetica e una forza coercitiva estremamente elevati. Allo stesso tempo, i vantaggi dell'elevata densità di energia rendono il materiale magnetico permanente NdFeB ampiamente utilizzato nell'industria moderna e nella tecnologia elettronica, consentendo la miniaturizzazione, l'alleggerimento e la riduzione dello spessore di apparecchiature come strumenti, motori elettroacustici, dispositivi di separazione magnetica e magnetizzazione. Poiché contiene una grande quantità di neodimio e ferro, è soggetto alla formazione di ruggine.

L'influenza dei materiali magnetici sulle prestazioni del motore

Una delle caratteristiche strutturali del motore è che il polo dello statore è composto da materiali magnetici permanenti. La qualità del materiale magnetico influenza direttamente le dimensioni del circuito magnetico del motore, il volume del motore, nonché gli indicatori funzionali e le caratteristiche del movimento. I materiali magnetici permanenti sono anche chiamati materiali magnetici duri. Le caratteristiche principali sono una grande forza coercitiva (forza coercitiva) e un'elevata densità di flusso residuo. Dopo la magnetizzazione di saturazione, il materiale magnetico permanente può ancora mantenere un magnetismo stabile per lungo tempo dopo aver rimosso il campo magnetico esterno, eccitare il motore a magnete permanente e stabilire un campo magnetico costante nel traferro.

Remanenza Br, forza coercitiva Hcb

Dopo che il magnete permanente è magnetizzato fino alla saturazione, l'intensità del campo magnetico (Magnetic Field Intensity) H del campo magnetico esterno viene gradualmente ridotta a zero e la densità del flusso magnetico (Magnet Flux Density) B del magnete permanente viene ridotta da Bs a Br e Br è chiamata rimanenza. Il campo magnetico inverso viene applicato per ridurre Br a zero. Il valore assoluto dell'intensità del campo magnetico inverso in questo momento è chiamato forza coercitiva di induzione magnetica o forza coercitiva (Coercive Force) Hcb in breve, come mostrato nella figura sottostante. La curva di magnetizzazione chiusa BH formata modificando continuamente e lentamente l'intensità del campo magnetico del campo magnetico esterno per un ciclo è chiamata ciclo di isteresi (Magnetic hysteresis loop). Il ciclo di isteresi nel secondo quadrante è la curva di smagnetizzazione (Demagnetization Curve), che è la curva caratteristica di base dei materiali magnetici permanenti e una base importante per caratterizzare la qualità dei materiali magnetici permanenti.

Permeabilità al rinculo r

Dopo che il magnete permanente è magnetizzato, il campo magnetico esterno viene rimosso e la densità magnetica è Br. Sotto l'azione del campo di smagnetizzazione, la densità magnetica scende fino a un certo punto lungo la curva di smagnetizzazione, come il punto K nella figura sopra, e quindi l'effetto di smagnetizzazione viene ridotto fino all'intensità del campo H=0, ma la densità magnetica non torna a Br lungo la curva di smagnetizzazione, ma a un punto inferiore, come il punto M. Successivamente, quando l'intensità del campo di smagnetizzazione viene aumentata a Hk, la densità magnetica seguirà la nuova curva fino al punto K, formando un piccolo anello locale. Poiché l'area dell'anello locale è molto piccola, può essere approssimativamente rappresentata da una linea retta KM, che è chiamata linea di rinculo. La pendenza della linea di rinculo è chiamata permeabilità di rinculo r, che è approssimativamente uguale alla pendenza della curva di smagnetizzazione in Br, ovvero la linea di rinculo è parallela alla linea tangente in Br sulla curva di smagnetizzazione. r è un parametro importante per il funzionamento dinamico dei materiali magnetici permanenti. Quando r è piccolo, il materiale magnetico permanente ha migliori prestazioni dinamiche.

Isotropia e anisotropia

A causa dei diversi processi di fabbricazione, i materiali dei magneti permanenti sono divisi in isotropia (Iotropia) e anisotropia (Anisotropia). Gli assi di magnetizzazione facile dei diversi grani nei magneti permanenti isotropi sono orientati in modo disordinato, quindi la rimanenza Br è bassa, solo circa la metà dell'intensità di induzione magnetica di saturazione Bs, e anche il corrispondente prodotto di energia magnetica massima (BH)max è piccolo. I magneti permanenti anisotropi sono formati dal campo magnetico e quindi sinterizzati (o laminati). Gli assi di magnetizzazione facile dei loro grani sono disposti nella stessa direzione lungo il campo magnetico di formazione e Br è vicino a Bs, quindi Br è circa il doppio dell'isotropia e per la ferrite (BH)max. È quasi quattro volte superiore. Pertanto, i magneti dei motori solitamente utilizzano materiali anisotropi.