Իսկապե՞ս հասկանում եք մշտական ​​մագնիսներով շարժիչների մշտական ​​մագնիսների նախագծումը։

Մշտական ​​մագնիսական շարժիչների զարգացումը սերտորեն կապված է մշտական ​​մագնիսական նյութերի զարգացման հետ։
Մշտական ​​մագնիսական շարժիչների զարգացումը սերտորեն կապված է մշտական ​​մագնիսական նյութերի զարգացման հետ։ Իմ երկիրը աշխարհում առաջին երկիրն է, որը հայտնաբերել է մշտական ​​մագնիսական նյութերի մագնիսական հատկությունները և կիրառել դրանք գործնականում։ Ավելի քան երկու հազար տարի առաջ մեր երկիրը օգտագործել է մշտական ​​մագնիսական նյութերի մագնիսական հատկությունները՝ կողմնացույց պատրաստելու համար, որը մեծ դեր է խաղացել նավիգացիայի, ռազմական և այլ ոլորտներում։ Այն դարձել է իմ երկրի չորս մեծ գյուտերից մեկը։

Աշխարհի առաջին շարժիչը, որը հայտնվեց 1820-ական թվականներին, մշտական ​​մագնիսով շարժիչ էր՝ մշտական ​​մագնիսով ստեղծված գրգռման մագնիսական դաշտով։ Սակայն այդ ժամանակ օգտագործվող մշտական ​​մագնիսական նյութը բնական մագնետիտն էր (Fe3O4), որն ունի շատ ցածր մագնիսական էներգիայի խտություն, և դրանից պատրաստված շարժիչը ծավալուն էր և շուտով փոխարինվեց էլեկտրական գրգռման շարժիչով։

Տարբեր շարժիչների արագ զարգացման և ժամանակակից մագնիսական սարքերի գյուտի շնորհիվ մարդիկ խորը հետազոտություններ են կատարել մշտական ​​մագնիսական նյութերի մեխանիզմի, կազմի և արտադրության տեխնոլոգիայի վերաբերյալ և հաջորդաբար հայտնաբերել են ածխածնային և վոլֆրամե պողպատ (մագնիսական էներգիայի առավելագույն արտադրյալը մոտ 2.7 կՋ/մ3 է), կոբալտային պողպատ (մագնիսական էներգիայի առավելագույն արտադրյալը մոտ 7.2 կՋ/մ3 է) և այլ մշտական ​​մագնիսական նյութեր: Մասնավորապես, 1930-ականներին հայտնված AlNiCo մշտական ​​մագնիսները (մագնիսական էներգիայի առավելագույն արտադրյալը կարող է հասնել 85 կՋ/մ3-ի) և 1950-ականներին հայտնված ֆերիտային մշտական ​​մագնիսները (մագնիսական էներգիայի առավելագույն արտադրյալը այժմ կարող է հասնել 40 կՋ/մ3-ի) ունեն տարբեր մագնիսական հատկություններ: Մեծ առաջընթացի հետ մեկտեղ, տարբեր միկրո և փոքր շարժիչներ օգտագործել են մշտական ​​մագնիսական գրգռում: Մշտական ​​մագնիսական շարժիչների հզորությունը մի քանի միլիվատի և տասնյակ կիլովատտի չափ է: Դրանք լայնորեն կիրառվում են ռազմական, արդյունաբերական և գյուղատնտեսական արտադրության մեջ, ինչպես նաև առօրյա կյանքում, և արտադրողականությունը կտրուկ աճել է: Համապատասխանաբար, այս ժամանակահատվածում առաջընթաց է գրանցվել մշտական ​​մագնիսական շարժիչների նախագծման տեսության, հաշվարկման մեթոդի, մագնիսացման և արտադրության տեխնոլոգիայի մեջ, և ձևավորվել է մշտական ​​մագնիսների աշխատանքային դիագրամով ներկայացված վերլուծության և հետազոտական ​​մեթոդների մի ամբողջություն: Այնուամենայնիվ, AlNiCo մշտական ​​մագնիսների կոերցիտիվությունը ցածր է (36-160 կԱ/մ), իսկ ֆերիտային մշտական ​​մագնիսների մնացորդային խտությունը բարձր չէ (0.2-0.44 Տ), ինչը սահմանափակում է դրանց կիրառումը շարժիչներում: Մինչև 1960-ական և 1980-ական թվականները հազվագյուտ հողային կոբալտային մշտական ​​մագնիսները և նեոդիմիումային երկաթ-բորային մշտական ​​մագնիսները (երկուսն էլ միասին կոչվում են հազվագյուտ հողային մշտական ​​մագնիսներ) հաջորդաբար արտադրվում էին իրենց բարձր մնացորդային խտությամբ, բարձր կոերցիտիվությամբ, բարձր մագնիսական էներգիայի արտադրյալով և գծային ապամագնիսացման կորով: Մշտական ​​մագնիսական շարժիչի գերազանց մագնիսական հատկությունները հատկապես հարմար են էլեկտրական շարժիչների արտադրության համար, այնպես որ մշտական ​​մագնիսական շարժիչների մշակումը մտել է նոր պատմական շրջան:

Մշտական ​​մագնիսական նյութ

Շարժիչի մագնիսներ. Շարժիչներում լայնորեն օգտագործվող մշտական ​​մագնիսական նյութերից են սինտերացված և կապված մագնիսները, հիմնական տեսակներն են՝ AlNiCo, ֆերիտ, սամարիում կոբալտ, NdFeB և այլն:
AlNiCo: AlNiCo մշտական ​​մագնիսական նյութը ամենավաղ լայնորեն օգտագործվող մշտական ​​մագնիսական նյութն է, և դրա պատրաստման գործընթացն ու տեխնոլոգիան համեմատաբար զարգացած են: Ներկայումս գործարաններ կան Ճապոնիայում, ԱՄՆ-ում, Եվրոպայում, Ռուսաստանում և Չինաստանում: Խոշորածավալ արտադրական ձեռնարկությունների շարքում Հանգժոուի մշտական ​​մագնիսական նյութի արտադրությունը ներկայումս առաջինն է Չինաստանում՝ տարեկան 3,000 տոննա արտադրական հզորությամբ:

Մշտական ​​մագնիսական ֆերիտային նյութ. 1950-ականներին ֆերիտը սկսեց ծաղկում ապրել: Հատկապես 1970-ականներին մեծ քանակությամբ արտադրության մեջ դրվեց ստրոնցիումի ֆերիտը, որն ավելի լավ ցուցանիշներ ուներ հարկադրական ուժի և մագնիսական էներգիայի առումով, և մշտական ​​մագնիսական ֆերիտի օգտագործումը արագորեն ընդլայնվեց: Որպես ոչ մետաղական մագնիսական նյութ, ֆերիտը չունի հեշտ օքսիդացման, ցածր Կյուրիի ջերմաստիճանի և մետաղական մշտական ​​մագնիսական նյութերի բարձր գնի թերություններ, ուստի այն շատ տարածված է:

Սամարիում կոբալտ նյութ. մշտական ​​մագնիսական նյութ՝ գերազանց մագնիսական հատկություններով, որը ի հայտ է եկել 1960-ականների կեսերին, և դրա կատարողականությունը շատ կայուն է: Սամարիում կոբալտը հատկապես հարմար է շարժիչների արտադրության համար՝ մագնիսական հատկությունների առումով, բայց բարձր գնի պատճառով այն հիմնականում օգտագործվում է ավիացիայի, ավիատիեզերական, զենքի և այլ ռազմական շարժիչների, ինչպես նաև բարձր տեխնոլոգիական ոլորտներում բարձր արդյունավետության շարժիչների հետազոտման և մշակման մեջ, որտեղ գինը հիմնական գործոնը չէ:

NdFeB նյութ. NdFeB մագնիսական նյութը նեոդիմիումի, երկաթի օքսիդի և այլնի համաձուլվածք է, որը հայտնի է նաև որպես մագնիսական պողպատ: Այն ունի չափազանց բարձր մագնիսական էներգիայի արտադրյալ և հարկադրական ուժ, և միևնույն ժամանակ, բարձր էներգիայի խտության առավելությունները NdFeB մշտական ​​մագնիսական նյութերը լայնորեն կիրառվում են ժամանակակից արդյունաբերության և էլեկտրոնային տեխնոլոգիաների մեջ: Հնարավոր է նվազեցնել չափը, քաշը և հաստությունը: Քանի որ այն պարունակում է մեծ քանակությամբ նեոդիմիում և երկաթ, այն հեշտությամբ ժանգոտվում է: Մակերեսային քիմիական պասիվացումը ներկայումս լավագույն լուծումներից մեկն է:

Մագնիսական պողպատի աշխատանքի և շարժիչի աշխատանքի միջև կապը

1. Մնացորդային մագնիսականության ազդեցությունը

Մշտական ​​հոսանքի շարժիչների համար, նույն փաթույթների պարամետրերի և փորձարկման պայմանների դեպքում, որքան բարձր է մնացորդային պտտման ուժը, այնքան ցածր է անսարք արագությունը և որքան ցածր է անսարք հոսանքը։ Որքան մեծ է առավելագույն պտտող մոմենտը, այնքան բարձր է արդյունավետությունը ամենաբարձր արդյունավետության կետում։ Իրական փորձարկման ժամանակ անսարք արագության մակարդակը և առավելագույն պտտող մոմենտի չափը սովորաբար օգտագործվում են մագնիսական պողպատի մնացորդային պտտման ստանդարտը գնահատելու համար։

Նույն փաթույթների և էլեկտրական պարամետրերի դեպքում, որքան բարձր է մնացորդային ուժը, այնքան ցածր է անկատար արագությունը և ցածր է անկատար հոսանքը, քանի որ աշխատող շարժիչը համեմատաբար ցածր արագության դեպքում առաջացնում է բավարար քանակությամբ հակադարձ ինդուկտիվություն։ Այն առաջացնում է լարում, որը նվազեցնում է փաթույթին կիրառվող էլեկտրաշարժիչ ուժի հանրահաշվական գումարը։

2. Հարկադրանքի ազդեցությունը

Շարժիչի աշխատանքի ընթացքում միշտ ազդում են ջերմաստիճանը և հակադարձ ապամագնիսացումը։ Շարժիչի նախագծման տեսանկյունից, որքան բարձր է հարկադրական ուժը, այնքան փոքր կարող է լինել մագնիսական պողպատի հաստության ուղղությունը, և որքան փոքր է հարկադրական ուժը, այնքան մեծ է մագնիսական պողպատի հաստության ուղղությունը։ Սակայն, երբ մագնիսական պողպատը գերազանցում է որոշակի հարկադրական ուժը, այն անօգուտ է, քանի որ շարժիչի մյուս բաղադրիչները չեն կարող կայուն աշխատել այդ ջերմաստիճանում։ Հակադրական ուժը պետք է բավարարի միայն պահանջները, և ստանդարտը պետք է համապատասխանի պահանջներին առաջարկվող փորձարարական պայմաններում, և ռեսուրսներ վատնելու կարիք չկա։

3. Քառակուսիության էֆեկտը

Ուղղանկյունությունը ազդում է միայն շարժիչի աշխատանքի փորձարկման արդյունավետության կորի ուղիղության վրա: Չնայած շարժիչի արդյունավետության կորի ուղիղությունը չի նշվել որպես կարևոր ինդեքսային չափանիշ, այն շատ կարևոր է անիվի մեջ շարժիչի շարունակականության հեռավորության համար բնական ճանապարհային պայմաններում: Ճանապարհային տարբեր պայմանների պատճառով շարժիչը միշտ չէ, որ կարող է աշխատել առավելագույն արդյունավետության կետում, ինչը պատճառներից մեկն է, որ որոշ շարժիչների առավելագույն արդյունավետությունը բարձր չէ, իսկ շարունակականության հեռավորությունը՝ երկար: Լավ անիվի մեջ շարժիչը ոչ միայն պետք է ունենա բարձր առավելագույն արդյունավետություն, այլև արդյունավետության կորը պետք է լինի հնարավորինս հարթ, և որքան փոքր է արդյունավետության նվազման թեքությունը, այնքան լավ: Սա աստիճանաբար կդառնա կարևոր չափանիշ՝ շուկայի, տեխնոլոգիայի և անիվի մեջ շարժիչների ստանդարտների զարգացմանը զուգընթաց:

4. Կատարողականի հետևողականության ազդեցությունը

Անհամապատասխան մնացորդային արժեք. այն լավը չէ, նույնիսկ եթե կան առանձիններ՝ հատկապես բարձր արդյունավետությամբ: Յուրաքանչյուր միակողմանի մագնիսական դաշտի հատվածի մագնիսական հոսքի անհամապատասխանության պատճառով պտտող մոմենտը ասիմետրիկ է, և տեղի է ունենում տատանում:

Անհամապատասխան հարկադրական ուժ. Մասնավորապես, առանձին արտադրանքի հարկադրական ուժը չափազանց ցածր է, ինչը հակված է հակադարձ ապամագնիսացման, ինչը հանգեցնում է յուրաքանչյուր մագնիսական պողպատի անհամապատասխան մագնիսական հոսքի և շարժիչի թրթռման: Այս ազդեցությունն ավելի ցայտուն է անխոզանակ շարժիչների դեպքում:

Մագնիսի ձևի և հանդուրժողականության ազդեցությունը շարժիչի աշխատանքի վրա

1. Մագնիսական պողպատի հաստության ազդեցությունը

Երբ ներքին կամ արտաքին մագնիսական շղթան ֆիքսված է, երբ հաստությունը մեծանում է, օդային բացը նվազում է, և արդյունավետ մագնիսական հոսքը մեծանում է: Ակնհայտ ցուցանիշն այն է, որ նույն մնացորդային մագնիսականության դեպքում անբեռնվածության արագությունը և անբեռնվածության հոսանքը նվազում են, և շարժիչի առավելագույն արդյունավետությունը նվազում է: Այնուամենայնիվ, կան նաև բացասական կողմեր, ինչպիսիք են շարժիչի կոմուտացիոն տատանումների աճը և շարժիչի համեմատաբար ավելի զառիթափ արդյունավետության կորը: Հետևաբար, շարժիչի մագնիսների հաստությունը պետք է լինի հնարավորինս հաստատուն՝ տատանումները նվազեցնելու համար:

2. Մագնիսական պողպատի լայնության ազդեցությունը

Խիտ փաթեթավորված անխոզանակ շարժիչի մագնիսների դեպքում ընդհանուր կուտակային բացը չի կարող գերազանցել 0.5 մմ-ը: Եթե այն չափազանց փոքր է, այն հնարավոր չի լինի տեղադրել: Եթե այն չափազանց մեծ է, դա կհանգեցնի շարժիչի թրթռման և արդյունավետության նվազման: Դա պայմանավորված է դիրքով և մագնիսականությամբ: Պողպատի իրական դիրքը չի համապատասխանում, և պետք է ապահովվի լայնության համապատասխանությունը, հակառակ դեպքում շարժիչը կունենա ցածր արդյունավետություն և մեծ թրթռում:

Խոզանակավոր շարժիչների դեպքում մագնիսների միջև կա որոշակի բաց, որը նախատեսված է մեխանիկական կոմուտացիայի անցումային գոտու համար: Չնայած բացին, արտադրողների մեծ մասը ունի խիստ մագնիսական պողպատի տեղադրման ընթացակարգեր՝ շարժիչի մագնիսի ճշգրիտ տեղադրման դիրքը ապահովելու համար տեղադրման ճշգրտությունն ապահովելու համար: Եթե մագնիսական պողպատի լայնությունը գերազանցում է, այն չի տեղադրվի. եթե մագնիսական պողպատի լայնությունը չափազանց փոքր է, մագնիսական պողպատի դիրքը կսխալվի, շարժիչի թրթռումը կաճի, իսկ արդյունավետությունը կնվազի:

3. Մագնիսական պողպատի թեքման չափի և չթեքման ազդեցությունը

Եթե ​​անկյունը թեքված չէ, շարժիչի մագնիսական դաշտի եզրին մագնիսական դաշտի փոփոխության արագությունը մեծ է, ինչը առաջացնում է շարժիչի իմպուլսային տատանում: Որքան մեծ է թեքության անկյունը, այնքան փոքր է տատանումը: Այնուամենայնիվ, թեքությունը, որպես կանոն, որոշակիորեն կորցնում է մագնիսական հոսքը: Որոշակի պահանջների համար, երբ թեքությունը հասնում է 0.8-ի, մագնիսական հոսքի կորուստը կազմում է 0.5~1.5%: Երբ խոզանակով շարժիչի մնացորդային խտությունը ցածր է, թեքության չափի համապատասխան փոքրացումը օգտակար է մնացորդային խտությունը փոխհատուցելու համար, բայց շարժիչի իմպուլսային տատանումը մեծանում է: Ընդհանուր առմամբ, երբ մնացորդային խտությունը ցածր է, երկարության ուղղությամբ հանդուրժողականությունը կարող է համապատասխանաբար մեծացվել, ինչը կարող է որոշակիորեն բարելավել արդյունավետ մագնիսական հոսքը և շարժիչի աշխատանքը գրեթե անփոփոխ թողնել:

Մշտական ​​մագնիսական շարժիչների նախազգուշական միջոցներ

1. Մագնիսական շղթայի կառուցվածքի և նախագծման հաշվարկ

Տարբեր մշտական ​​մագնիսական նյութերի, մասնավորապես՝ հազվագյուտ հողային մշտական ​​մագնիսների գերազանց մագնիսական հատկությունների լիարժեք օգտագործման և մատչելի մշտական ​​մագնիսական շարժիչներ արտադրելու համար, ավանդական մշտական ​​մագնիսական շարժիչների կամ էլեկտրական գրգռման շարժիչների կառուցվածքի և նախագծման հաշվարկման մեթոդները չեն կարող պարզապես կիրառվել: Պետք է մշակվի նոր նախագծման հայեցակարգ, և մագնիսական սխեմայի կառուցվածքը պետք է վերավերլուծվի և բարելավվի: Համակարգչային սարքավորումների և ծրագրային ապահովման տեխնոլոգիայի արագ զարգացման, ինչպես նաև ժամանակակից նախագծման մեթոդների, ինչպիսիք են էլեկտրամագնիսական դաշտի թվային հաշվարկը, օպտիմալացման նախագծումը և մոդելավորման տեխնոլոգիան, շարունակական կատարելագործման շնորհիվ, էլեկտրական շարժիչների ակադեմիական և ճարտարագիտական ​​շրջանակների համատեղ ջանքերով, այն լայնորեն կիրառվել է նախագծման տեսության մեջ: Հաշվարկային մեթոդների, կառուցվածքային տեխնոլոգիայի և կառավարման տեխնոլոգիայի և այլնի ոլորտում առաջընթաց է գրանցվել, և ստեղծվել է վերլուծության և հետազոտական ​​մեթոդների և համակարգչային վերլուծության և նախագծման ծրագրային ապահովման մի շարք, որոնք համատեղում են էլեկտրամագնիսական դաշտի թվային հաշվարկը և համարժեք մագնիսական սխեմայի վերլուծական լուծումները, և անընդհատ կատարելագործվում են:

2. Վերահսկողության խնդիրներ

Մշտական ​​մագնիսով շարժիչը կարող է պահպանել իր մագնիսական դաշտը առանց արտաքին էներգիայի, սակայն դա նաև չափազանց դժվարացնում է դրա մագնիսական դաշտի կարգավորումը և կառավարումը դրսից: Մշտական ​​մագնիսով գեներատորի համար դժվար է կարգավորել իր ելքային լարումը և հզորության գործակիցը դրսից, և մշտական ​​մագնիսով հաստատուն հոսանքի շարժիչը այլևս չի կարող կարգավորել իր արագությունը՝ փոխելով գրգռման մեթոդը: Սա սահմանափակում է մշտական ​​մագնիսով շարժիչների կիրառման շրջանակը: Այնուամենայնիվ, հզորության էլեկտրոնային սարքերի և կառավարման տեխնոլոգիաների, ինչպիսիք են MOSFET-ները և IGBT-ները, արագ զարգացման հետ մեկտեղ, մշտական ​​մագնիսով շարժիչների մեծ մասը կարող է օգտագործվել առանց դաշտի կառավարման և միայն արմատուրայի կառավարման հետ: Նախագծելիս անհրաժեշտ է համատեղել երեք նոր տեխնոլոգիաներ՝ հազվագյուտ հողային մշտական ​​մագնիսներով նյութեր, հզորության էլեկտրոնային սարքեր և միկրոհամակարգչային կառավարում, որպեսզի մշտական ​​մագնիսով շարժիչը կարողանա աշխատել նոր աշխատանքային պայմաններում:

3. Անդառնալի դեմագնիսացման խնդիրը

Եթե ​​նախագծումը կամ օգտագործումը սխալ է, մշտական ​​մագնիսով շարժիչը կգտնվի ներխուժման հոսանքի հետևանքով առաջացող արմատուրայի ռեակցիայի ազդեցության տակ, երբ ջերմաստիճանը չափազանց բարձր է (NdFeB մշտական ​​մագնիս) կամ չափազանց ցածր (ֆերիտային մշտական ​​մագնիս), կամ երբ կա ուժեղ մեխանիկական տատանում: Հնարավոր է անդառնալի ապամագնիսացում կամ մագնիսացման կորուստ, ինչը կնվազեցնի շարժիչի աշխատանքը և նույնիսկ կդարձնի այն անօգտագործելի: Հետևաբար, անհրաժեշտ է հետազոտել և մշակել մեթոդներ և սարքեր շարժիչ արտադրողների համար հարմար մշտական ​​մագնիսով նյութերի ջերմային կայունությունը ստուգելու համար, և վերլուծել տարբեր կառուցվածքային ձևերի ապամագնիսացման դեմ պայքարի հնարավորությունները՝ համապատասխան միջոցներ ձեռնարկելու համար, որպեսզի նախագծման և արտադրության ընթացքում մշտական ​​մագնիսով շարժիչները չկորցնեն իրենց մագնիսականությունը:

4. Արժեքի հետ կապված խնդիրներ

Ֆերիտային մշտական ​​մագնիսով շարժիչները, մասնավորապես մանրանկարչական մշտական ​​մագնիսով DC շարժիչները, լայնորեն օգտագործվել են իրենց պարզ կառուցվածքի և գործընթացի, նվազեցված քաշի և ընդհանուր առմամբ ցածր ընդհանուր արժեքի շնորհիվ, քան էլեկտրական գրգռման շարժիչները: Քանի որ հազվագյուտ հողային մշտական ​​մագնիսները ներկայումս դեռևս համեմատաբար թանկ են, հազվագյուտ հողային մշտական ​​մագնիսով շարժիչների արժեքը ընդհանուր առմամբ ավելի բարձր է, քան էլեկտրական գրգռման շարժիչներինը, ինչը պետք է փոխհատուցվի բարձր արդյունավետությամբ և շահագործման ծախսերի խնայողությամբ: Որոշ դեպքերում, ինչպիսիք են համակարգչային սկավառակների ձայնային կծիկով շարժիչները, NdFeB մշտական ​​մագնիսների աշխատանքը բարելավվում է, ծավալը և զանգվածը զգալիորեն կրճատվում են, և ընդհանուր արժեքը նվազում է: Նախագծման ժամանակ անհրաժեշտ է համեմատել աշխատանքը և գինը՝ ըստ կոնկրետ օգտագործման դեպքերի և պահանջների՝ ընտրությունը կատարելու համար, ինչպես նաև նորարարել կառուցվածքային գործընթացը և նախագծման օպտիմալացումը՝ արժեքը նվազեցնելու համար: