如何讓電機(jī)更輕、更小、效率更高？
發(fā)布時(shí)間：2024年7月24日 |
文章來源：電機(jī)技術(shù)及應(yīng)用 |
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隨著粘結(jié)釹鐵硼磁體（MQ1?）電機(jī)的應(yīng)用日益普及，它們因相較于傳統(tǒng)鐵氧體電機(jī)在重量、尺寸減輕以及效率提升方面帶來的巨大優(yōu)勢，贏得了汽車配件領(lǐng)域的青睞。
在當(dāng)今快速發(fā)展的汽車行業(yè)中，對高性能磁體的需求達(dá)到了前所未有的高度。隨著市場的動(dòng)態(tài)變化，麥格昆磁深知通過提供創(chuàng)新解決方案來保持行業(yè)領(lǐng)先地位的重要性。通過綜合市場動(dòng)態(tài)和原材料成本因素，麥格昆磁利用其在快淬工藝方面的豐富經(jīng)驗(yàn)，開發(fā)出成本最優(yōu)的合金成分，而該成分生產(chǎn)的各向同性粘結(jié)磁粉（MQP?）能滿足汽車應(yīng)用嚴(yán)苛的磁性能和熱性能要求。
麥格昆磁專注于各向同性粘結(jié)磁體（MQ1?）的生產(chǎn)，通過將粘結(jié)釹鐵硼磁粉（MQP?） 與粘結(jié)劑材料相結(jié)合，生產(chǎn)出具有獨(dú)特性能和廣泛適用性的磁體。麥格昆磁核心產(chǎn)品的供應(yīng)有賴于優(yōu)質(zhì)材料、工程精度和先進(jìn)制造工藝的融合。盡管如此，麥格昆磁的與眾不同之處在于其堅(jiān)定不移地致力于滿足客戶的需求。其不僅僅是客戶的供應(yīng)商，更是客戶值得信賴的合作伙伴，與客戶一同攜手實(shí)現(xiàn)定制化解決方案。
隨著粘結(jié)釹鐵硼磁體（MQ1?）電機(jī)的應(yīng)用日益普及，它們因相較于傳統(tǒng)鐵氧體電機(jī)在重量減輕、尺寸減小以及效率提升方面帶來的巨大優(yōu)勢，贏得了汽車配件領(lǐng)域的青睞。這種高效率直接轉(zhuǎn)化為更低的能源消耗。當(dāng)與可再生能源發(fā)電結(jié)合使用時(shí)，可以顯著減少車輛從燃油開采到行駛的全生命周期的二氧化碳排放。
MQ1? 具有幾個(gè)顯著的優(yōu)勢。首先，其磁性強(qiáng)度高、抗退磁能力強(qiáng)，適用于設(shè)計(jì)高扭矩電機(jī)。MQ1?磁體還具有出色的耐熱特性，能在廣泛的溫度范圍內(nèi)保持其性能。這使得其適用于汽車應(yīng)用領(lǐng)域，因?yàn)樵谄噾?yīng)用中，電機(jī)可能會(huì)經(jīng)歷劇烈的溫度波動(dòng)。此外，由于這種磁體可以以復(fù)雜的磁化方式充磁，因此可以開發(fā)出各種滿足實(shí)際應(yīng)用需求的電機(jī)。
在永磁電機(jī)領(lǐng)域，如永磁無刷直流電機(jī)（PMBLDC）、永磁有刷直流電機(jī)（PMDC）和永磁同步電機(jī)（PMSM），磁體的充磁方式和磁場強(qiáng)度會(huì)影響氣隙磁通波形及其大小。這會(huì)影響電機(jī)的性能參數(shù)，如輸出扭矩、功率、齒槽轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)矩波動(dòng)。
MQ1?磁體具有獨(dú)特的優(yōu)勢；通過設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)某浯艎A具，可以在同一磁體上實(shí)現(xiàn)不同的充磁方式。MQ1?磁體通常有三種充磁方式：（i）徑向充磁–產(chǎn)生矩形氣隙磁通密度波形；（ii）正弦充磁–產(chǎn)生正弦氣隙磁通密度波形；（iii）混合充磁–氣隙磁通密度波形介于矩形和正弦之間。目標(biāo)充磁模式的選擇是電機(jī)設(shè)計(jì)的一個(gè)重要標(biāo)準(zhǔn)；驅(qū)動(dòng)策略和充磁模式之間的適當(dāng)匹配對于充分發(fā)揮磁體的潛力至關(guān)重要。例如，當(dāng)與徑向磁化磁體相結(jié)合時(shí)，方波驅(qū)動(dòng)將提供最平穩(wěn)轉(zhuǎn)矩。
對于低磁極數(shù)（例如4極），徑向磁化可確保單位磁體體積內(nèi)磁通量的最大化，從而獲得更高的輸出扭矩，或在相同轉(zhuǎn)矩下，與其他磁化方式相比，從電源中獲得的電流更低。使用徑向磁化的主要缺點(diǎn)是會(huì)增加齒槽轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)矩波動(dòng)，從而可能導(dǎo)致更高的噪音和振動(dòng)。
當(dāng)極數(shù)高和/或磁體較厚時(shí)，正弦充磁提供更高的氣隙磁通量。具有較厚磁體的高磁極數(shù)減少了極間漏磁，并提供了更高的氣隙磁通量。與徑向磁化相比，正弦充磁還提供更低的齒槽轉(zhuǎn)矩。采用具有正弦充磁的正弦控制可以實(shí)現(xiàn)低轉(zhuǎn)矩波動(dòng)、低噪聲和低振動(dòng)。對于需要最低齒槽轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)矩波動(dòng)的應(yīng)用領(lǐng)域，如乘客艙內(nèi)的汽車配件電機(jī)、手持設(shè)備和外科手術(shù)工具，通常更傾向采用正弦充磁。
然而，使用如燒結(jié)釹鐵硼這類各向異性磁體來實(shí)現(xiàn)正弦氣隙磁通分布是具有挑戰(zhàn)性的。因?yàn)樵摲绞酵ǔＰ枰尪ㄗ?電樞或磁體/轉(zhuǎn)子偏斜，這會(huì)導(dǎo)致自動(dòng)繞組復(fù)雜化或低成品率造成的磁體成本增加。
混合充磁提供了介于徑向充磁和正弦充磁之間的氣隙磁通密度分布。氣隙磁通密度分布經(jīng)過調(diào)整，可消除氣隙磁通密度、輸出扭矩和齒槽轉(zhuǎn)矩中的特定諧波。消除這些特定諧波有助于降低電機(jī)的噪音和振動(dòng)。
了解充磁和充磁夾具設(shè)計(jì)過程對于電機(jī)模擬性能和實(shí)際性能的相匹配至關(guān)重要。設(shè)計(jì)電機(jī)時(shí)，設(shè)計(jì)軟件要求設(shè)計(jì)人員輸入電機(jī)磁體的預(yù)期磁化強(qiáng)度。由于充磁過程復(fù)雜且難以預(yù)測，設(shè)計(jì)人員通常會(huì)對充磁方式提出假設(shè)。這些假設(shè)有時(shí)可能會(huì)和實(shí)際充磁波形之間存在顯著差異。
對于減小假設(shè)與實(shí)際充磁的差距，設(shè)計(jì)充磁夾具并使用有限元分析估算磁化分布是關(guān)鍵。充磁夾具設(shè)計(jì)涉及到根據(jù)磁體類型、導(dǎo)體尺寸和位置、匝數(shù)/槽數(shù)以及磁化過程中使用的背鐵等決定所需的磁化能量。獲得完全飽和的磁體是非常重要的，因?yàn)椴糠诛柡偷拇朋w會(huì)導(dǎo)致較低的氣隙磁通量、較低的電機(jī)性能（如反電動(dòng)勢、輸出轉(zhuǎn)矩、堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩和效率）。部分磁化的磁體也更容易消磁，導(dǎo)致高溫下更高的磁通損耗。表1總結(jié)了要實(shí)現(xiàn)徑向磁化或正弦充磁分布，在磁化夾具設(shè)計(jì)時(shí)的關(guān)鍵考慮因素。
麥格昆磁推動(dòng)了首個(gè)有限元磁化處理器的開發(fā)。麥格昆磁的應(yīng)用團(tuán)隊(duì)在設(shè)計(jì)充磁夾具和充磁過程建模方面擁有數(shù)十年的經(jīng)驗(yàn)。利用有限元軟件的結(jié)果來表示磁體的充磁強(qiáng)度比估算或經(jīng)驗(yàn)法更精確。這有助于更準(zhǔn)確地預(yù)測電機(jī)性能，從而縮短開發(fā)周期和降低成本。
總之，各向同性粘結(jié)磁鐵 (MQ1?) 是麥格昆磁技術(shù)驅(qū)動(dòng)型領(lǐng)域的關(guān)鍵組件，具有從低成本生產(chǎn)到卓越磁性能等一系列優(yōu)點(diǎn)。麥格昆磁在推進(jìn)和完善這一重要技術(shù)方面處于領(lǐng)先地位，并為此感到自豪。麥格昆磁在 MQ1? 磁體及其磁化系統(tǒng)方面擁有豐富的知識和經(jīng)驗(yàn)，再加上有限元分析，使其能夠?qū)⒛M電機(jī)性能與實(shí)際電機(jī)性能相匹配。利用麥格昆磁的專有技術(shù)，可以縮短新的或正進(jìn)行中的電機(jī)項(xiàng)目的開發(fā)周期。
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