Σε σύγκριση με τους παραδοσιακούς ηλεκτροκινητήρες διέγερσης, οι κινητήρες μόνιμου μαγνήτη, ειδικά οι κινητήρες μόνιμου μαγνήτη σπανίων γαιών, έχουν απλή δομή και αξιόπιστη λειτουργία.Μικρός όγκος και μικρό βάρος.Χαμηλή απώλεια και υψηλή απόδοση.Το σχήμα και το μέγεθος του κινητήρα μπορεί να είναι ευέλικτο και ποικίλο.Ως εκ τούτου, το φάσμα εφαρμογών είναι εξαιρετικά ευρύ, σχεδόν σε όλους τους τομείς της αεροδιαστημικής, της εθνικής άμυνας, της βιομηχανικής και αγροτικής παραγωγής και της καθημερινής ζωής.Τα κύρια χαρακτηριστικά και οι εφαρμογές πολλών τυπικών κινητήρων μόνιμου μαγνήτη παρουσιάζονται παρακάτω.
1. Σε σύγκριση με τις παραδοσιακές γεννήτριες, οι σύγχρονες γεννήτριες μόνιμου μαγνήτη σπανίων γαιών δεν χρειάζονται δακτυλίους ολίσθησης και συσκευές βούρτσας, με απλή δομή και μειωμένο ποσοστό αστοχίας.Ο μόνιμος μαγνήτης σπανίων γαιών μπορεί επίσης να αυξήσει τη μαγνητική πυκνότητα του διακένου αέρα, να αυξήσει την ταχύτητα του κινητήρα στη βέλτιστη τιμή και να βελτιώσει την αναλογία ισχύος προς μάζα.Οι γεννήτριες μόνιμων μαγνητών σπανίων γαιών χρησιμοποιούνται σχεδόν όλες στις σύγχρονες γεννήτριες αεροπορίας και αεροδιαστημικής.Τα τυπικά προϊόντα της είναι οι 14-πολικές γεννήτριες 150 kVA 12 000 r/min ~ 21 000 r/min και 100 kVA 60 000 r/min, μονίμου μαγνήτη κοβαλτίου γαιών, που κατασκευάζονται από την General Electric Company of America.Ο πρώτος κινητήρας μόνιμου μαγνήτη σπάνιων γαιών που αναπτύχθηκε στην Κίνα είναι μια γεννήτρια μόνιμου μαγνήτη 3 kW 20 000 r/min.
Οι γεννήτριες μόνιμου μαγνήτη χρησιμοποιούνται επίσης ως βοηθητικοί διεγέρτες για μεγάλες στροβιλογεννήτριες.Στη δεκαετία του 1980, η Κίνα ανέπτυξε επιτυχώς τον μεγαλύτερο βοηθητικό διεγέρτη μόνιμου μαγνήτη σπάνιων γαιών στον κόσμο με χωρητικότητα 40 kVA έως 160 kVA και εξοπλισμένο με στροβιλογεννήτριες 200 MW ~ 600 MW, οι οποίες βελτίωσαν σημαντικά την αξιοπιστία της λειτουργίας του σταθμού παραγωγής ενέργειας.
Επί του παρόντος, οι μικρές γεννήτριες που κινούνται από κινητήρες εσωτερικής καύσης, οι γεννήτριες μόνιμου μαγνήτη για οχήματα και οι μικρογεννήτριες μόνιμου μαγνήτη που κινούνται απευθείας από ανεμογεννήτριες γίνονται σταδιακά δημοφιλή.
2. Σύγχρονος κινητήρας μόνιμου μαγνήτη υψηλής απόδοσης Σε σύγκριση με τον επαγωγικό κινητήρα, ο σύγχρονος κινητήρας μόνιμου μαγνήτη δεν χρειάζεται ρεύμα διέγερσης αντιδραστηρίου, το οποίο μπορεί να βελτιώσει σημαντικά τον συντελεστή ισχύος (έως 1 ή ακόμη και χωρητικό), να μειώσει το ρεύμα του στάτη και την απώλεια αντίστασης του στάτη. και δεν υπάρχει απώλεια χαλκού του ρότορα κατά τη σταθερή λειτουργία, μειώνοντας έτσι τον ανεμιστήρα (ο κινητήρας μικρής χωρητικότητας μπορεί ακόμη και να αφαιρέσει τον ανεμιστήρα) και την αντίστοιχη απώλεια τριβής ανέμου.Σε σύγκριση με τον επαγωγικό κινητήρα της ίδιας προδιαγραφής, η απόδοση μπορεί να αυξηθεί κατά 2 ~ 8 ποσοστιαίες μονάδες.Επιπλέον, ο σύγχρονος κινητήρας μόνιμου μαγνήτη μπορεί να διατηρήσει υψηλή απόδοση και συντελεστή ισχύος στο ονομαστικό εύρος φορτίου 25% ~ 120%, γεγονός που καθιστά το αποτέλεσμα εξοικονόμησης ενέργειας πιο αξιοσημείωτο όταν λειτουργεί υπό ελαφρύ φορτίο.Γενικά, αυτού του είδους ο κινητήρας είναι εξοπλισμένος με ένα τύλιγμα εκκίνησης στον ρότορα, το οποίο έχει την ικανότητα να ξεκινά απευθείας σε μια συγκεκριμένη συχνότητα και τάση.Επί του παρόντος, χρησιμοποιείται κυρίως σε πετρελαιοπηγές, βιομηχανίες κλωστοϋφαντουργίας και χημικών ινών, βιομηχανίες κεραμικών και γυαλιού, ανεμιστήρες και αντλίες με μεγάλο ετήσιο χρόνο λειτουργίας κ.λπ.
Ο σύγχρονος κινητήρας μόνιμου μαγνήτη NdFeB με υψηλή απόδοση και υψηλή ροπή εκκίνησης που αναπτύχθηκε ανεξάρτητα από τη χώρα μας μπορεί να λύσει το πρόβλημα του «μεγάλου καροτσιού με άλογα» στην εφαρμογή πετρελαιοπηγών.Η ροπή εκκίνησης είναι 50% ~ 100% μεγαλύτερη από αυτή του επαγωγικού κινητήρα, ο οποίος μπορεί να αντικαταστήσει τον επαγωγικό κινητήρα με μεγαλύτερο αριθμό βάσης και ο ρυθμός εξοικονόμησης ενέργειας είναι περίπου 20%.
Στην κλωστοϋφαντουργία, η ροπή φόρτισης αδράνειας είναι μεγάλη, η οποία απαιτεί υψηλή ροπή έλξης.Ο λογικός σχεδιασμός του συντελεστή διαρροής χωρίς φορτίο, η αναλογία προεξέχοντος πόλου, η αντίσταση του ρότορα, το μέγεθος μόνιμου μαγνήτη και οι στροφές περιέλιξης του στάτη του σύγχρονου κινητήρα μόνιμου μαγνήτη μπορούν να βελτιώσουν την ελκτική απόδοση του κινητήρα μόνιμου μαγνήτη και να προωθήσουν την εφαρμογή του σε νέες βιομηχανίες κλωστοϋφαντουργίας και χημικών ινών.
Οι ανεμιστήρες και οι αντλίες που χρησιμοποιούνται σε σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής μεγάλης κλίμακας, ορυχεία, πετρελαϊκές, χημικές και άλλες βιομηχανίες είναι μεγάλοι καταναλωτές ενέργειας, αλλά η απόδοση και ο συντελεστής ισχύος των κινητήρων που χρησιμοποιούνται επί του παρόντος είναι χαμηλοί.Η χρήση μόνιμων μαγνητών NdFeB όχι μόνο βελτιώνει την απόδοση και τον συντελεστή ισχύος, εξοικονομεί ενέργεια, αλλά έχει επίσης μια δομή χωρίς ψήκτρες, η οποία βελτιώνει την αξιοπιστία της λειτουργίας.Προς το παρόν, ο σύγχρονος κινητήρας μόνιμου μαγνήτη 120 kW είναι ο πιο ισχυρός κινητήρας μόνιμου μαγνήτη σπάνιων γαιών υψηλής απόδοσης ασύγχρονης εκκίνησης στον κόσμο.Η απόδοσή του είναι υψηλότερη από 96,5% (η ίδια απόδοση κινητήρα προδιαγραφών είναι 95%) και ο συντελεστής ισχύος είναι 0,94, ο οποίος μπορεί να αντικαταστήσει τον συνηθισμένο κινητήρα με 1 ~ 2 βαθμούς ισχύος μεγαλύτερους από αυτόν.
3. Ο σερβοκινητήρας μόνιμου μαγνήτη εναλλασσόμενου ρεύματος και ο κινητήρας μόνιμου μαγνήτη συνεχούς ρεύματος χωρίς ψήκτρες χρησιμοποιούν τώρα όλο και περισσότερο τροφοδοτικό μεταβλητής συχνότητας και κινητήρα εναλλασσόμενου ρεύματος για να σχηματίσουν σύστημα ελέγχου ταχύτητας AC αντί για σύστημα ελέγχου ταχύτητας κινητήρα συνεχούς ρεύματος.Στους κινητήρες AC, η ταχύτητα του σύγχρονου κινητήρα μόνιμου μαγνήτη διατηρεί μια σταθερή σχέση με τη συχνότητα τροφοδοσίας κατά τη διάρκεια σταθερής λειτουργίας, έτσι ώστε να μπορεί να χρησιμοποιηθεί απευθείας σε σύστημα ελέγχου μεταβλητής ταχύτητας συχνότητας ανοιχτού βρόχου.Αυτός ο τύπος κινητήρα ξεκινά συνήθως με τη σταδιακή αύξηση της συχνότητας του μετατροπέα συχνότητας.Δεν είναι απαραίτητο να ρυθμίσετε την περιέλιξη εκκίνησης στον ρότορα και η βούρτσα και ο μεταγωγέας παραλείπονται, επομένως η συντήρηση είναι βολική.
Ο αυτοσύγχρονος κινητήρας μόνιμου μαγνήτη αποτελείται από σύγχρονο κινητήρα μόνιμου μαγνήτη που τροφοδοτείται από μετατροπέα συχνότητας και σύστημα ελέγχου κλειστού βρόχου θέσης ρότορα, το οποίο όχι μόνο έχει εξαιρετική απόδοση ρύθμισης ταχύτητας ηλεκτρικά διεγερμένου κινητήρα συνεχούς ρεύματος, αλλά πραγματοποιεί και χωρίς ψήκτρες.Χρησιμοποιείται κυρίως σε περιπτώσεις με υψηλή ακρίβεια και αξιοπιστία ελέγχου, όπως η αεροπορία, η αεροδιαστημική, οι εργαλειομηχανές CNC, τα κέντρα μηχανικής κατεργασίας, τα ρομπότ, τα ηλεκτρικά οχήματα, τα περιφερειακά υπολογιστών κ.λπ.
Επί του παρόντος, έχει αναπτυχθεί ο σύγχρονος κινητήρας και σύστημα μετάδοσης κίνησης μόνιμου μαγνήτη NdFeB με μεγάλο εύρος στροφών και αναλογία ταχύτητας ισχύος Gao Heng, με αναλογία ταχύτητας 1: 22 500 και οριακή ταχύτητα 9 000 r/min.Τα χαρακτηριστικά της υψηλής απόδοσης, των μικρών κραδασμών, του χαμηλού θορύβου και της υψηλής πυκνότητας ροπής του κινητήρα μόνιμου μαγνήτη είναι οι πιο ιδανικοί κινητήρες σε ηλεκτρικά οχήματα, εργαλειομηχανές και άλλες συσκευές οδήγησης.
Με τη συνεχή βελτίωση του βιοτικού επιπέδου των ανθρώπων, οι απαιτήσεις για οικιακές συσκευές γίνονται όλο και μεγαλύτερες.Για παράδειγμα, το οικιακό κλιματιστικό δεν είναι μόνο ένας μεγάλος καταναλωτής ενέργειας, αλλά και η κύρια πηγή θορύβου.Η τάση ανάπτυξής του είναι η χρήση κινητήρα συνεχούς ρεύματος χωρίς ψήκτρες μόνιμου μαγνήτη με ρύθμιση ταχύτητας χωρίς βαθμίδες.Μπορεί να προσαρμοστεί αυτόματα σε μια κατάλληλη ταχύτητα ανάλογα με την αλλαγή της θερμοκρασίας του δωματίου και να λειτουργεί για μεγάλο χρονικό διάστημα, μειώνοντας τον θόρυβο και τους κραδασμούς, κάνοντας τους ανθρώπους να αισθάνονται πιο άνετα και εξοικονομώντας το 1/3 της ηλεκτρικής ενέργειας σε σύγκριση με το κλιματιστικό χωρίς ρύθμιση ταχύτητας.Άλλα ψυγεία, πλυντήρια ρούχων, συλλέκτες σκόνης, ανεμιστήρες κ.λπ. αλλάζουν σταδιακά σε κινητήρες συνεχούς ρεύματος χωρίς ψήκτρες.
4. Ο κινητήρας συνεχούς ρεύματος μόνιμου μαγνήτη DC υιοθετεί τη διέγερση μόνιμου μαγνήτη, ο οποίος όχι μόνο διατηρεί τα καλά χαρακτηριστικά ρύθμισης ταχύτητας και τα μηχανικά χαρακτηριστικά του ηλεκτρικά διεγερμένου κινητήρα συνεχούς ρεύματος, αλλά έχει επίσης τα χαρακτηριστικά της απλής δομής και τεχνολογίας, μικρού όγκου, χαμηλής κατανάλωσης χαλκού, υψηλής απόδοση κ.λπ. επειδή παραλείπονται η περιέλιξη διέγερσης και η απώλεια διέγερσης.Επομένως, οι κινητήρες συνεχούς ρεύματος μόνιμου μαγνήτη χρησιμοποιούνται ευρέως από οικιακές συσκευές, φορητές ηλεκτρονικές συσκευές, ηλεκτρικά εργαλεία έως συστήματα μετάδοσης ταχύτητας και θέσης ακριβείας που απαιτούν καλή δυναμική απόδοση.Μεταξύ των κινητήρων micro DC κάτω των 50 W, οι κινητήρες μόνιμου μαγνήτη αντιπροσωπεύουν το 92%, ενώ εκείνοι κάτω των 10 W αντιπροσωπεύουν περισσότερο από 99%.
Επί του παρόντος, η αυτοκινητοβιομηχανία της Κίνας αναπτύσσεται με ταχείς ρυθμούς και η αυτοκινητοβιομηχανία είναι ο μεγαλύτερος χρήστης κινητήρων μόνιμου μαγνήτη, οι οποίοι είναι τα βασικά συστατικά των αυτοκινήτων.Σε ένα υπερπολυτελές αυτοκίνητο, υπάρχουν περισσότεροι από 70 κινητήρες με διαφορετικούς σκοπούς, οι περισσότεροι από τους οποίους είναι μικροκινητήρες μόνιμου μαγνήτη DC χαμηλής τάσης.Όταν χρησιμοποιούνται μόνιμοι μαγνήτες NdFeB και πλανητικά γρανάζια σε κινητήρες εκκίνησης για αυτοκίνητα και μοτοσικλέτες, η ποιότητα των κινητήρων εκκίνησης μπορεί να μειωθεί στο μισό.
Ταξινόμηση κινητήρων μόνιμου μαγνήτη
Υπάρχουν πολλά είδη μόνιμων μαγνητών.Σύμφωνα με τη λειτουργία του κινητήρα, μπορεί να χωριστεί χονδρικά σε δύο κατηγορίες: γεννήτρια μόνιμου μαγνήτη και κινητήρα μόνιμου μαγνήτη.
Οι κινητήρες μόνιμου μαγνήτη μπορούν να χωριστούν σε κινητήρες συνεχούς ρεύματος μόνιμου μαγνήτη και κινητήρες εναλλασσόμενου ρεύματος μόνιμου μαγνήτη.Ο κινητήρας εναλλασσόμενου ρεύματος μόνιμου μαγνήτη αναφέρεται στον πολυφασικό σύγχρονο κινητήρα με ρότορα μόνιμου μαγνήτη, επομένως ονομάζεται συχνά σύγχρονος κινητήρας μόνιμου μαγνήτη (PMSM).
Οι κινητήρες συνεχούς ρεύματος μόνιμου μαγνήτη μπορούν να χωριστούν σε κινητήρες συνεχούς ρεύματος χωρίς ψήκτρες μόνιμου μαγνήτη και κινητήρες συνεχούς ρεύματος χωρίς ψήκτρες μόνιμου μαγνήτη (BLDCM) εάν ταξινομούνται ανάλογα με το εάν υπάρχουν ηλεκτρικοί διακόπτες ή μεταγωγείς.
Στις μέρες μας, η θεωρία και η τεχνολογία των σύγχρονων ηλεκτρονικών ισχύος αναπτύσσονται σε μεγάλο βαθμό στον κόσμο.Με την εμφάνιση ηλεκτρονικών συσκευών ισχύος, όπως τα MOSFET, IGBT και MCT, οι συσκευές ελέγχου έχουν υποστεί θεμελιώδεις αλλαγές.Από τότε που ο F. Blaceke πρότεινε την αρχή του διανυσματικού ελέγχου του κινητήρα εναλλασσόμενου ρεύματος το 1971, η ανάπτυξη της τεχνολογίας διανυσματικού ελέγχου ξεκίνησε μια νέα εποχή ελέγχου σερβομηχανής AC και διάφοροι μικροεπεξεργαστές υψηλής απόδοσης προωθούνται συνεχώς, επιταχύνοντας περαιτέρω την ανάπτυξη του σερβο συστήματος AC αντί του σερβο συστήματος DC.Είναι μια αναπόφευκτη τάση το σερβο σύστημα AC-I να αντικαθιστά το σερβο σύστημα DC.Ωστόσο, ο σύγχρονος κινητήρας μόνιμου μαγνήτη (PMSM) με ημιτονοειδές οπίσθιο emf και κινητήρας συνεχούς ρεύματος χωρίς ψήκτρες (BLIX~) με τραπεζοειδές πίσω emf θα γίνει σίγουρα το κύριο ρεύμα ανάπτυξης του σερβομηχανισμού AC υψηλής απόδοσης λόγω της εξαιρετικής τους απόδοσης.