Le développement de moteurs à aimants permanents est étroitement lié au développement de matériaux à aimants permanents.

Le premier moteur au monde apparu dans les années 1920 était un moteur à aimant permanent qui générait un champ magnétique d'excitation à partir d'un aimant permanent. Mais le matériau d'aimant permanent utilisé à cette époque était la magnétite naturelle (Fe3O4), la densité d'énergie magnétique était très faible et le moteur qui en était composé était volumineux et fut bientôt remplacé par le moteur à excitation électrique.

Avec les besoins du développement rapide de divers moteurs et l'invention des magnétiseurs actuels, les gens ont mené des recherches approfondies sur le mécanisme, la composition et la technologie de fabrication des matériaux à aimants permanents, et ont successivement découvert l'acier au carbone et l'acier au tungstène (le maximum Le produit énergétique magnétique est d'environ 2.7 kJ/m3), l'acier au cobalt (produit énergétique maximum d'environ 7.2 kJ/m3) et d'autres matériaux à aimant permanent. Surtout les aimants permanents AlNiCo apparus dans les années 1930 (le produit énergétique maximum peut atteindre 85 kJ/m3) et les aimants permanents en ferrite apparus dans les années 1950 (le produit énergétique maximum peut aujourd'hui atteindre 40 kJ/m3), les propriétés magnétiques sont excellent. Il a été grandement amélioré et divers micro et petits moteurs ont utilisé une excitation par aimant permanent.

1. Matériau à aimant permanent

Aimants moteurs : Les matériaux à aimants permanents couramment utilisés dans les moteurs comprennent les aimants frittés et les aimants liés. Les principaux types sont l’alnico, la ferrite, le samarium cobalt et le néodyme fer bore.

Alnico : Le matériau à aimant permanent Alnico est le matériau à aimant permanent le plus ancien et le plus largement utilisé, et son processus de préparation et sa technologie sont relativement matures. Il existe actuellement des usines au Japon, aux États-Unis, en Europe, en Russie et en Chine.

Matériau de ferrite à aimant permanent: Dans les années 1950, la ferrite a commencé à se développer vigoureusement, surtout dans les années 1970, la ferrite de strontium avec de meilleures performances en termes de force coercitive et de machine à énergie magnétique a été mise en production en grande quantité, et l'utilisation de la ferrite à aimant permanent s'est rapidement étendue. l'utilisation de. En tant que matériau magnétique non métallique, la ferrite ne présente pas les inconvénients d'une oxydation facile, d'une faible température de Curie et du coût élevé des matériaux métalliques à aimant permanent, elle est donc très populaire.

Matériau samarium-cobalt: un matériau à aimant permanent doté d'excellentes propriétés magnétiques qui a émergé au milieu des années 1960 et dont les performances sont très stables. Le samarium cobalt est particulièrement adapté à la fabrication de moteurs en termes de propriétés magnétiques, mais en raison de son prix élevé, il est principalement utilisé dans la recherche et le développement de moteurs militaires tels que l'aviation, l'aérospatiale, l'armement et les moteurs de haute technologie à hautes performances mais pas le prix.

Matériau NdFeB : Le matériau magnétique NdFeB est un alliage de néodyme, d'oxyde de fer, etc., également connu sous le nom d'aimant. Il possède des produits d'énergie magnétique et une force coercitive extrêmement élevées, et les avantages d'une densité énergétique élevée font que les matériaux à aimant permanent NdFeB sont largement utilisés dans l'industrie moderne et la technologie électronique. La miniaturisation, la réduction de poids et l'amincissement sont possibles. Parce qu’il contient beaucoup de néodyme et de fer, il est facile de rouiller. La passivation chimique de surface est actuellement l'une des meilleures solutions.

2. La relation entre les performances de l'aimant et les performances du moteur

2.1 L'influence du magnétisme résiduel

Pour les moteurs à courant continu, avec les mêmes paramètres d'enroulement et conditions de test, plus le magnétisme résiduel est élevé, plus la vitesse à vide est faible et plus le courant à vide est faible ; plus le couple maximal est élevé, plus l'efficacité du point d'efficacité le plus élevé est élevée. Dans le test réel, le niveau de vitesse à vide et le couple maximal sont généralement utilisés pour juger de la norme de magnétisme résiduel de l'aimant.

Pour les mêmes paramètres d'enroulement et paramètres électriques, la raison pour laquelle plus la rémanence est élevée, plus la vitesse à vide est faible et plus le courant à vide est faible, car le moteur en fonctionnement produit suffisamment d'inductance inverse à une vitesse relativement faible. La tension générée réduit la somme algébrique des forces électromotrices appliquées aux enroulements.

2.2 L'influence de la force coercitive

Pendant le fonctionnement du moteur, il y a toujours l'influence de la température et du champ de démagnétisation inverse. Du point de vue de la conception du moteur, plus la force coercitive est élevée, plus la direction de l'épaisseur de l'acier magnétique est petite, et plus la force coercitive est petite, plus la direction de l'épaisseur de l'acier magnétique est grande. Mais une fois que l'acier magnétique dépasse une certaine force coercitive, il devient inutile, car les autres composants du moteur ne peuvent pas fonctionner de manière stable à cette température. Il suffit que la force coercitive réponde aux exigences, et la norme doit répondre aux exigences dans les conditions expérimentales recommandées, et il n'est pas nécessaire de gaspiller des ressources.

2.3 L'influence de la squareité

L'équerrage n'affecte que la rectitude de la courbe de rendement du test de performance du moteur. Bien que la rectitude de la courbe d'efficacité du moteur n'ait pas été répertoriée comme un indicateur important, elle est très importante pour la distance continue du moteur du moyeu dans des conditions routières naturelles.

En raison des différentes conditions routières, le moteur ne peut pas toujours fonctionner au point d'efficacité maximale, ce qui est l'une des raisons pour lesquelles l'efficacité maximale de certains moteurs n'est pas élevée et la distance de continuation est plus longue. Pour un bon moteur-roue, non seulement le rendement maximal doit être élevé, mais la courbe de rendement doit également être aussi horizontale que possible. Plus la pente de la réduction d’efficacité est faible, mieux c’est. À mesure que le marché, la technologie et les normes des moteurs-roues évoluent, cela deviendra progressivement une norme importante.

2.4 L'impact de la cohérence des performances

Magnétisme résiduel incohérent : Même s’il en existe des individuels avec des performances particulièrement élevées, ce n’est pas bon. En raison de l'incohérence du flux magnétique dans chaque section du champ magnétique unidirectionnel, une vibration se produit en raison de l'asymétrie du couple.

Force coercitive incohérente : surtout si la force coercitive des produits individuels est trop faible, il est facile de produire une démagnétisation inverse, ce qui entraîne un flux magnétique incohérent de chaque aimant et fait vibrer le moteur. Cet effet est plus prononcé pour les moteurs brushless.

3. Précautions pour les moteurs à aimants permanents

3.1 Structure du circuit magnétique et calcul de conception

Afin de faire jouer pleinement les propriétés magnétiques de divers matériaux à aimants permanents, en particulier les excellentes propriétés magnétiques des aimants permanents de terres rares, et de fabriquer des moteurs à aimants permanents rentables, la structure et les méthodes de calcul de conception des moteurs à aimants permanents traditionnels ou électriques les moteurs d'excitation ne peuvent pas être simplement appliqués, ils doivent établir un nouveau concept de conception, réanalyser et améliorer la structure du circuit magnétique.

Avec le développement rapide de la technologie du matériel informatique et des logiciels, ainsi que l'amélioration continue des méthodes de conception modernes telles que le calcul numérique du champ électromagnétique, la conception d'optimisation et la technologie de simulation, grâce aux efforts conjoints des milieux universitaires et ingénieurs électriques, la théorie de la conception de moteurs à aimants permanents. Des percées ont été réalisées dans les méthodes de calcul, la technologie des structures et la technologie de contrôle, et un ensemble complet de méthodes d'analyse et de recherche et de logiciels d'analyse et de conception assistés par ordinateur combinant le calcul numérique du champ électromagnétique et des solutions analytiques de circuits magnétiques équivalentes ont été formés et sont en cours. continuellement amélioré.

3.2 Problèmes de contrôle

Une fois le moteur à aimant permanent fabriqué, il peut maintenir son champ magnétique sans énergie externe, mais cela rend également extrêmement difficile l'ajustement et le contrôle de son champ magnétique depuis l'extérieur. Il est difficile pour les générateurs à aimants permanents d'ajuster leur tension de sortie et leur facteur de puissance de l'extérieur, et les moteurs à courant continu à aimants permanents ne peuvent plus ajuster leur vitesse en modifiant l'excitation. Ceux-ci limitent le domaine d’application des moteurs à aimants permanents.

Cependant, avec le développement rapide des dispositifs électroniques de puissance tels que les MOSFET et les IGBT et des technologies de contrôle, la plupart des moteurs à aimants permanents peuvent être utilisés sans contrôle du champ magnétique mais uniquement avec un contrôle d'induit. La conception doit combiner les trois nouvelles technologies que sont les matériaux à aimants permanents aux terres rares, les dispositifs électroniques de puissance et le contrôle par micro-ordinateur afin que le moteur à aimant permanent puisse fonctionner dans de toutes nouvelles conditions de travail.

3.3 Problème de démagnétisation irréversible

Si la conception ou l'utilisation est inappropriée, le moteur à aimant permanent est sous l'action de la réaction d'induit générée par le courant d'impact lorsque la température est trop élevée (aimant permanent NdFeB) ou trop basse (aimant permanent en ferrite), ou sous de fortes vibrations mécaniques. . Cela peut provoquer une démagnétisation irréversible, ou réduire les performances du moteur, voire le rendre inutilisable. Par conséquent, il est nécessaire de rechercher et de développer des méthodes et des dispositifs pour vérifier la stabilité thermique des matériaux à aimants permanents adaptés aux fabricants de moteurs, et d'analyser les capacités anti-démagnétisation de diverses formes structurelles, afin que les mesures correspondantes puissent être prises pour garantir l'aimant permanent. les moteurs ne perdent pas leur magnétisme.

3.4 Problèmes de coûts

Les moteurs à aimant permanent en ferrite, en particulier les moteurs à courant continu à aimant permanent miniature, sont largement utilisés en raison de leur structure et de leur processus simples, de leur poids léger et de leur coût total généralement inférieur à celui des moteurs à excitation électrique. Étant donné que les aimants permanents aux terres rares sont encore relativement chers à l'heure actuelle, le coût des moteurs à aimants permanents aux terres rares est généralement plus élevé que celui des moteurs à excitation électrique, ce qui doit être compensé par leurs performances élevées et leurs économies de coûts d'exploitation. Dans certaines occasions, comme le moteur à bobine mobile du lecteur de disque de l'ordinateur, les performances des aimants permanents NdFeB sont améliorées, le volume et la masse sont considérablement réduits et le coût total est réduit. Dans la conception, il est nécessaire de comparer les performances et le prix en fonction des occasions et des exigences d'utilisation spécifiques pour décider du choix d'innover dans la structure et le processus et d'optimiser la conception pour réduire les coûts.