Il primo motore al mondo è un motore a magnete permanente che genera un campo magnetico di eccitazione tramite un magnete permanente. Lo sviluppo dei motori a magnete permanente è in realtà accompagnato dallo sviluppo di materiali a magnete permanente.

L'acciaio al carbonio utilizzato alla fine del XIX secolo ha avuto pochi miglioramenti nella sua rimanenza Br nel corso dell'ultimo secolo, e il miglioramento nel prodotto energetico è dovuto all'aumento della coercività Hc. Il miglioramento della coercività è dovuto principalmente alla comprensione della sua natura, alla scoperta di composti anisotropici altamente magnetocristallini e al progresso della tecnologia di preparazione.

All'inizio del XX secolo, come materiali magnetici permanenti si utilizzavano principalmente acciaio al carbonio, acciaio al tungsteno, acciaio al cromo e acciaio al cobalto.

Verso la fine degli anni '1930, lo sviluppo di materiali magnetici permanenti AlNiCo rese possibile l'applicazione su larga scala di tali materiali.

Negli anni '1950, l'avvento della ferrite di bario non solo ridusse il costo dei magneti permanenti, ma ampliò anche la gamma di applicazioni dei materiali magnetici permanenti al campo ad alta frequenza.

Negli anni '1960, l'avvento dei magneti permanenti in terre rare e cobalto ha inaugurato una nuova era per l'applicazione dei magneti permanenti.

Nel 1967, Strnat et al. della Dayton University negli Stati Uniti realizzarono con successo magneti permanenti SmCo5 con il metodo di legame a polvere, segnando l'arrivo dell'era dei magneti permanenti in terre rare. Finora, i magneti permanenti in terre rare hanno attraversato la prima generazione di SmCo5, la seconda generazione di Sm2Co17 indurente per precipitazione e si sono evoluti fino alla terza generazione di materiali per magneti permanenti Nd-Fe-B.

L'attuale valore di produzione dei materiali magnetici permanenti in terre rare ha ampiamente superato quello dei materiali magnetici permanenti in ferrite e la produzione di materiali magnetici permanenti in terre rare si è sviluppata fino a diventare una grande industria.

Caratteristiche dei motori a magneti permanenti:

La potenza massima dei motori a magneti permanenti ha raggiunto 1000kW, il diametro minimo è φ0.8mm, la velocità massima è 300000r/min e la velocità minima è 0.01r/min. Con lo sviluppo di materiali a magneti permanenti in terre rare, i motori a magneti permanenti in terre rare hanno le seguenti caratteristiche rispetto ai motori a eccitazione elettrica:

Struttura semplice e alta affidabilità:

L'uso di magneti permanenti in terre rare può ridurre significativamente il peso del motore e ridurne il volume. L'eliminazione dell'anello collettore e delle spazzole per l'eccitazione non solo migliora la processabilità del motore, ma aumenta anche notevolmente l'affidabilità meccanica del funzionamento del motore e ne aumenta la durata.

Performance eccellente:

Rispetto ai motori tradizionali, i motori a magneti permanenti hanno una struttura semplice. L'uso di magneti permanenti in terre rare può anche aumentare la densità del flusso del traferro, regolare la velocità del motore al valore ottimale e migliorare il rapporto potenza-peso. Quasi tutti i moderni generatori aerospaziali e aeronautici utilizzano generatori a magneti permanenti in terre rare.

Eccellenti prestazioni di controllo:

Grazie alle elevate prestazioni dei materiali magnetici permanenti in terre rare, la costante di coppia, il rapporto coppia-inerzia, la densità di potenza, ecc. del motore sono notevolmente migliorati. Attraverso una progettazione ragionevole, gli indicatori come l'inerzia rotazionale, le costanti di tempo elettriche e meccaniche possono essere notevolmente ridotti, che sono i principali indicatori delle prestazioni del servocomando.

Nei moderni motori a magneti permanenti, la progettazione dei circuiti magnetici a magneti permanenti è relativamente completa e la forza coercitiva dei materiali magnetici permanenti in terre rare è elevata, quindi la capacità dei motori a magneti permanenti di resistere alla reazione dell'indotto e ad altre smagnetizzazioni è notevolmente migliorata e i parametri di controllo del motore sono notevolmente ridotti dall'influenza di disturbi esterni.

Poiché i materiali magnetici permanenti vengono utilizzati per sostituire l'eccitazione elettrica, la progettazione dell'avvolgimento di eccitazione e del campo magnetico di eccitazione viene ridotta, riducendo così molti parametri quali il flusso di eccitazione, l'induttanza dell'avvolgimento di eccitazione, la corrente di eccitazione, ecc., riducendo così direttamente le variabili o i parametri controllabili.

Alta efficienza e risparmio energetico:

Il motore a magnete permanente in terre rare è un prodotto ad alta efficienza e risparmio energetico, con un tasso medio di risparmio energetico superiore al 10% e il tasso di risparmio energetico del motore speciale a magnete permanente in terre rare può arrivare fino al 15% - 20%. Rispetto al vecchio motore di avviamento CC a eccitazione in serie, il motore di avviamento a magnete permanente al neodimio ferro boro sviluppato da GM negli Stati Uniti ha aumentato la sua efficienza del 45%. L'uso di motori a magnete permanente e tecnologia di regolazione della velocità a frequenza variabile in pompe idrauliche, ventilatori e compressori può far risparmiare oltre il 30% di elettricità.

La struttura di base dei motori a magneti permanenti in terre rare è che il rotore è una struttura a magnete permanente che genera flusso di traferro, lo statore è un'armatura e ci sono avvolgimenti simmetrici multifase. L'emergere di motori brushless senza nucleo in terre rare è il risultato dell'uso di nuovi materiali e nuovi processi.

L'indotto è costituito da un insieme rigido realizzato con materiali con eccellente resistenza al calore, che può funzionare stabilmente per lungo tempo in condizioni di alta temperatura e alta velocità; poiché l'indotto non ha nucleo di ferro e piccola induttanza, la perdita di isteresi e la perdita di correnti parassite nel nucleo di ferro vengono completamente eliminate e la fluttuazione di coppia causata dall'effetto slot viene eliminata, il che ha eccellenti prestazioni di controllo; elevata efficienza operativa, basso aumento di temperatura e ampia gamma di velocità; l'indotto del motore non ha slot e adotta una struttura completamente sigillata in plastica, e il rumore e le vibrazioni sono molto bassi quando il carico è in funzione.

Il motore senza nucleo a magnete permanente in terre rare è un'importante innovazione e ha raggiunto "tre importanti" progressi tecnologici. Innanzitutto, rispetto al tradizionale design della struttura del campo magnetico radiale, viene adottato il design della struttura del campo magnetico assiale, che migliora notevolmente la densità di potenza e il rapporto volume-coppia. In secondo luogo, vengono adottati il ​​nuovo processo di avvolgimento, la pressofusione di precisione ad alta pressione e i materiali polimerici per ridurre efficacemente la perdita di rame dell'avvolgimento. In terzo luogo, non vengono utilizzati fogli di acciaio al silicio come materiali del nucleo dello statore e del rotore, il che elimina lo smorzamento magnetico e la perdita di ferro, riduce la potenza di azionamento e riduce la fonte di calore della perdita di ferro.

Prospettive future dei motori a magneti permanenti

Il consumo di elettricità dei sistemi motore rappresenta circa il 60% del consumo elettrico nazionale, di cui ventilatori, pompe, compressori e condizionatori d'aria rappresentano rispettivamente il 10.4%, il 20.9%, il 9.4% e il 6% del consumo elettrico nazionale. I sistemi motore sono grandi in quantità e diffusi nella portata, con un enorme potenziale di risparmio energetico.

Secondo le statistiche dell'associazione di settore, la capacità totale installata di vari tipi di sistemi motori nel Paese è di circa 700 milioni di kW e l'efficienza operativa è generalmente inferiore di 10-20 punti percentuali rispetto al livello avanzato estero, il che equivale a uno spreco di circa 150 miliardi di kWh di elettricità ogni anno.

Le caratteristiche prestazionali più notevoli dei motori a magneti permanenti sono la leggerezza, le alte prestazioni, l'alta efficienza e il risparmio energetico. I motori a magneti permanenti in terre rare ad alte prestazioni sono la base di molte nuove tecnologie e industrie high-tech.

Lo stato attuale delle applicazioni dei motori a magneti permanenti con terre rare in patria e all'estero:

(1) Aerospaziale : gli Stati Uniti hanno sviluppato un motore a corrente continua senza spazzole a magneti permanenti in terre rare da 12.6 kW, 9,000 giri/min per azionare gli alettoni dell'elevatore dello Space Shuttle, con un'efficienza del 95%.

(2) Propulsione elettrica navale : le navi ad alte prestazioni utilizzano generalmente sistemi di propulsione completamente elettrici. I motori a magneti permanenti sono ampiamente utilizzati come motori di propulsione nei sistemi di propulsione elettrica all'estero.

(3) Industria dei ventilatori e delle pompe idrauliche : principalmente nei sistemi di azionamento per giacimenti petroliferi, nelle centrali elettriche e nelle imprese siderurgiche, il numero di carichi meccanici come pompe idrauliche e ventilatori è il più elevato. Questa è anche la principale occasione per la promozione e l'applicazione dei motori a magneti permanenti in terre rare.

La Cina ha promosso l'uso di motori sincroni a magneti permanenti in terre rare nelle unità di pompaggio dei pozzi petroliferi e ha formato una capacità produttiva annuale di oltre 10,000 unità. L'operazione nei campi petroliferi è buona e ha ottenuto significativi vantaggi tecnici ed economici.

(4) Industria degli ascensori: la maggior parte dei principali produttori di ascensori stranieri utilizza motori sincroni a magneti permanenti per azionare macchine di trazione senza ingranaggi. La loro efficienza può raggiungere lo 0.9 o superiore, con un risparmio energetico di oltre il 30% rispetto al sistema con motore asincrono CA + riduttore. Le aziende nazionali Mitsubishi Elevator, Hitachi Elevator e Schindler Elevator hanno tutte adottato questa tecnologia.

Attualmente, i motori a magnete permanente si stanno sviluppando verso alta potenza (alta velocità, alta coppia), alta funzionalità e miniaturizzazione. Come prodotto con ampie prospettive di applicazione nel 21° secolo, il suo livello di industrializzazione deve ancora essere migliorato.

Grazie alle sue varie eccellenti prestazioni e caratteristiche, si ritiene che nel prossimo futuro sarà ampiamente utilizzato in vari campi e penetrerà in tutti gli aspetti della vita quotidiana e della produzione industriale. Con l'attenzione e gli investimenti del paese nel campo dei motori, i motori a magnete permanente prospereranno sicuramente!