如何讓電機更輕、更小、效率更高？
發(fā)布時間：2024年7月24日 |
文章來源：電機技術及應用 |
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隨著粘結釹鐵硼磁體（MQ1?）電機的應用日益普及，它們因相較于傳統(tǒng)鐵氧體電機在重量、尺寸減輕以及效率提升方面帶來的巨大優(yōu)勢，贏得了汽車配件領域的青睞。
在當今快速發(fā)展的汽車行業(yè)中，對高性能磁體的需求達到了前所未有的高度。隨著市場的動態(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)領先地位的重要性。通過綜合市場動態(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驗，開發(fā)出成本最優(yōu)的合金成分，而該成分生產的各向同性粘結磁粉（MQP?）能滿足汽車應用嚴苛的磁性能和熱性能要求。
麥格昆磁專注于各向同性粘結磁體（MQ1?）的生產，通過將粘結釹鐵硼磁粉（MQP?） 與粘結劑材料相結合，生產出具有獨特性能和廣泛適用性的磁體。麥格昆磁核心產品的供應有賴于優(yōu)質材料、工程精度和先進制造工藝的融合。盡管如此，麥格昆磁的與眾不同之處在于其堅定不移地致力于滿足客戶的需求。其不僅僅是客戶的供應商，更是客戶值得信賴的合作伙伴，與客戶一同攜手實現(xiàn)定制化解決方案。
隨著粘結釹鐵硼磁體（MQ1?）電機的應用日益普及，它們因相較于傳統(tǒng)鐵氧體電機在重量減輕、尺寸減小以及效率提升方面帶來的巨大優(yōu)勢，贏得了汽車配件領域的青睞。這種高效率直接轉化為更低的能源消耗。當與可再生能源發(fā)電結合使用時，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? 具有幾個顯著的優(yōu)勢。首先，其磁性強度高、抗退磁能力強，適用于設計高扭矩電機。MQ1?磁體還具有出色的耐熱特性，能在廣泛的溫度范圍內保持其性能。這使得其適用于汽車應用領域，因為在汽車應用中，電機可能會經歷劇烈的溫度波動。此外，由于這種磁體可以以復雜的磁化方式充磁，因此可以開發(fā)出各種滿足實際應用需求的電機。
在永磁電機領域，如永磁無刷直流電機（PMBLDC）、永磁有刷直流電機（PMDC）和永磁同步電機（PMSM），磁體的充磁方式和磁場強度會影響氣隙磁通波形及其大小。這會影響電機的性能參數(shù)，如輸出扭矩、功率、齒槽轉矩和轉矩波動。
MQ1?磁體具有獨特的優(yōu)勢；通過設計適當?shù)某浯艎A具，可以在同一磁體上實現(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–產生矩形氣隙磁通密度波形；（ii）正弦充磁–產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。目標充磁模式的選擇是電機設計的一個重要標準；驅動策略和充磁模式之間的適當匹配對于充分發(fā)揮磁體的潛力至關重要。例如，當與徑向磁化磁體相結合時，方波驅動將提供最平穩(wěn)轉矩。
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磁通量的最大化，從而獲得更高的輸出扭矩，或在相同轉矩下，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是會增加齒槽轉矩和轉矩波動，從而可能導致更高的噪音和振動。
當極數(shù)高和/或磁體較厚時，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矩。采用具有正弦充磁的正弦控制可以實現(xiàn)低轉矩波動、低噪聲和低振動。對于需要最低齒槽轉矩和轉矩波動的應用領域，如乘客艙內的汽車配件電機、手持設備和外科手術工具，通常更傾向采用正弦充磁。
然而，使用如燒結釹鐵硼這類各向異性磁體來實現(xiàn)正弦氣隙磁通分布是具有挑戰(zhàn)性的。因為該方式通常需要讓定子/電樞或磁體/轉子偏斜，這會導致自動繞組復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過調整，可消除氣隙磁通密度、輸出扭矩和齒槽轉矩中的特定諧波。消除這些特定諧波有助于降低電機的噪音和振動。
了解充磁和充磁夾具設計過程對于電機模擬性能和實際性能的相匹配至關重要。設計電機時，設計軟件要求設計人員輸入電機磁體的預期磁化強度。由于充磁過程復雜且難以預測，設計人員通常會對充磁方式提出假設。這些假設有時可能會和實際充磁波形之間存在顯著差異。
對于減小假設與實際充磁的差距，設計充磁夾具并使用有限元分析估算磁化分布是關鍵。充磁夾具設計涉及到根據(jù)磁體類型、導體尺寸和位置、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，因為部分飽和的磁體會導致較低的氣隙磁通量、較低的電機性能（如反電動勢、輸出轉矩、堵轉轉矩和效率）。部分磁化的磁體也更容易消磁，導致高溫下更高的磁通損耗。表1總結了要實現(xiàn)徑向磁化或正弦充磁分布，在磁化夾具設計時的關鍵考慮因素。
麥格昆磁推動了首個有限元磁化處理器的開發(fā)。麥格昆磁的應用團隊在設計充磁夾具和充磁過程建模方面擁有數(shù)十年的經驗。利用有限元軟件的結果來表示磁體的充磁強度比估算或經驗法更精確。這有助于更準確地預測電機性能，從而縮短開發(fā)周期和降低成本。
總之，各向同性粘結磁鐵 (MQ1?) 是麥格昆磁技術驅動型領域的關鍵組件，具有從低成本生產到卓越磁性能等一系列優(yōu)點。麥格昆磁在推進和完善這一重要技術方面處于領先地位，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驗，再加上有限元分析，使其能夠將模擬電機性能與實際電機性能相匹配。利用麥格昆磁的專有技術，可以縮短新的或正進行中的電機項目的開發(fā)周期。
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