永久磁石モーターの開発は、永久磁石材料の開発と密接に関係しています。中国は永久磁石材料の磁気特性を発見し、実際に応用した世界初の国です。 2,000 年以上前、中国は永久磁石材料の磁気特性を利用してコンパスを作りました。コンパスは航海、軍事、その他の分野で大きな役割を果たし、古代中国の 4 つの偉大な発明の 1 つになりました。
1920年代に登場した世界初のモーターは、永久磁石を用いて励磁磁界を発生させる永久磁石モーターでした。しかし、当時使用されていた永久磁石の材料は磁気エネルギー密度が非常に低い天然マグネタイト（Fe3O4）でした。これで作られたモーターは大型であったため、やがて電気励磁モーターに置き換えられました。
各種モーターの急速な発展や現在の着磁器の発明に伴い、人々は永久磁性材料の仕組み、組成、製造技術について深く研究し、炭素鋼、タングステンなどのさまざまな永久磁性材料を次々と発見してきました。鋼（最大磁気エネルギー積約 2.7 kJ/m3）、およびコバルト鋼（最大磁気エネルギー積約 7.2 kJ/m3）。
特に、1930年代のアルミニウム・ニッケル・コバルト永久磁石（最大磁気エネルギー積は85kJ/m3に達する）と1950年代のフェライト永久磁石（最大磁気エネルギー積は40kJ/m3に達する）の出現により、磁気特性は大幅に向上しました。 、さまざまなマイクロおよび小型モーターが永久磁石励磁を使用し始めています。永久磁石モーターの出力は数ミリワットから数十ミリワットまでの範囲です。キロワットの。これらは軍事、工業、農業の生産や日常生活に広く使用されており、その生産量は劇的に増加しています。
これに対応して、永久磁石モータの設計理論、計算手法、着磁技術、製造技術もこの間に進歩を遂げ、永久磁石作動図法に代表される一連の解析・研究手法が形成されました。しかし、アルニコ永久磁石の保磁力は低く（36～160 kA/m）、フェライト永久磁石の残留磁密度は高くない（0.2～0.44 T）ため、モーターへの適用範囲は限られています。
希土類コバルト永久磁石やネオジム鉄ボロン永久磁石（総称してレアアース永久磁石といいます）が次々に登場したのは1960年代から1980年代になってからです。高残留磁密度、高保磁力、高磁気エネルギー積、直線的な減磁曲線といった優れた磁気特性は、特にモーターの製造に適しており、永久磁石モーターの発展を新たな歴史の時代へ導きました。
1.永久磁性材料
モーターによく使われる永久磁石の材料には焼結磁石やボンド磁石があり、主な種類はアルミニッケルコバルト、フェライト、サマリウムコバルト、ネオジム鉄ボロンなどです。
アルニコ: アルニコ永久磁石材料は、広く使用されている最も初期の永久磁石材料の 1 つであり、その製造プロセスと技術は比較的成熟しています。
永久フェライト: 1950 年代にフェライトが繁栄し始め、特に 1970 年代に優れた保磁力と磁気エネルギー性能を備えたストロンチウム フェライトが大量に生産されるようになり、永久フェライトの使用が急速に拡大しました。非金属磁性材料であるフェライトは、金属永久磁石材料の酸化しやすい、キュリー温度が低い、コストが高いなどの欠点がないため、非常に人気があります。
サマリウムコバルト：1960年代半ばに登場した優れた磁気特性を持ち、性能が非常に安定した永久磁石材料です。サマリウムコバルトは、磁気特性の点で特にモーターの製造に適していますが、価格が高いため、主に航空、航空宇宙、兵器などの軍用モーターやハイテク分野のモーターの研究開発に使用されています。高性能と価格が主な要因ではありません。
NdFeB：NdFeB磁性材料はネオジム、酸化鉄などの合金で、磁性鋼とも呼ばれます。非常に高い磁気エネルギー積と保磁力を持っています。同時に、高エネルギー密度の利点により、NdFeB永久磁石材料は現代の産業および電子技術で広く使用されており、機器、電気音響モーター、磁気分離および磁化などの機器の小型化、軽量化、薄型化が可能になります。ネオジムや鉄が多く含まれているため錆びやすいです。表面化学的不動態化は、現時点で最良の解決策の 1 つです。
耐食性、最高使用温度、加工性能、減磁曲線形状、
モーターによく使われる永久磁石材料の価格比較（図）
2.磁性鋼の形状と公差がモーター性能に及ぼす影響
1. 磁性鋼板厚の影響
内側または外側の磁気回路が固定されている場合、厚さが増加するとエアギャップが減少し、実効磁束が増加します。明らかな現象は、同じ残留磁気の下で無負荷速度が低下し、無負荷電流が減少し、モータの最大効率が増加することです。ただし、モーターの転流振動の増加やモーターの効率曲線が比較的急峻になるなどの欠点もあります。したがって、振動を低減するには、モータの磁性鋼板の厚さをできるだけ一定にする必要があります。
2.電磁鋼板幅の影響
ブラシレス モーターの磁石が密に配置されている場合、累積ギャップの合計が 0.5 mm を超えることはできません。小さすぎるとインストールされません。大きすぎるとモーターが振動して効率が低下します。これは、磁石の位置を測定するホール素子の位置が実際の磁石の位置と一致しておらず、幅が一定でなければならないためです。そうしないと、モータの効率が低くなり、振動が大きくなります。
ブラシ付きモーターの場合、磁石の間に一定のギャップがあり、機械的整流遷移ゾーンのために確保されています。隙間はありますが、ほとんどのメーカーはモーターマグネットの正確な取り付け位置を確保するために、取り付け精度を確保するために厳密なマグネット取り付け手順を定めています。マグネットの幅を超える場合は取り付けられませんのでご注意ください。磁石の幅が小さすぎると、磁石の位置がずれ、モーターの振動が大きくなり、効率が低下します。
3.磁性鋼の面取りサイズと非面取りの影響
面取りを行わないと、モータ磁界端部の磁界変化率が大きくなり、モータの脈動の原因となります。面取りが大きいほど振動は小さくなります。ただし、面取り加工を行うと一般に磁束がある程度ロスします。一部仕様では面取り0.8で磁束損失が0.5～1.5%となります。残留磁気の少ないブラシ付きモーターの場合、面取り部を適度に小さくすることで残留磁気を補うことができますが、モーターの脈動が増加します。一般に残留磁気が低い場合には、長さ方向の公差を適度に大きくすることができ、実効磁束をある程度増加させることができ、モータの性能はほぼ変わりません。
3.永久磁石モータに関する注意事項
1. 磁気回路の構造と設計計算
各種永久磁石材料の磁気特性、特に希土類永久磁石の優れた磁気特性を十分に発揮させ、コスト効率の高い永久磁石モータを製造するためには、従来の永久磁石モータの構造や設計計算手法をそのまま適用することはできません。従来の永久磁石モーターまたは電磁励起モーター。磁気回路構造を再解析し改善するには、新たな設計概念を確立する必要があります。コンピューターのハードウェアおよびソフトウェア技術の急速な発展、ならびに電磁界数値計算、最適化設計およびシミュレーション技術などの最新の設計手法の継続的な改善と、モーターの学術界と工学界の共同の努力により、ブレークスルーが達成されてきました。永久磁石モータの設計理論、計算方法、構造プロセスおよび制御技術で作成され、電磁界数値計算と等価磁気回路解析ソリューションを組み合わせた解析研究方法およびコンピュータ支援解析設計ソフトウェアの完全なセットを形成し、継続的に改善されています。
2. 不可逆減磁問題
永久磁石モータは、設計や使用方法が不適切な場合、温度が高すぎる場合（NdFeB永久磁石）、または温度が低すぎる場合（フェライト永久磁石）、衝撃電流による電機子反力により不可逆減磁を引き起こす可能性があります。または激しい機械的振動が加わると、モーターの性能が低下し、使用できなくなることもあります。したがって、永久磁石材料の熱安定性を確認したり、さまざまな構造形状の耐減磁性能を解析したり、設計・製造時に適切な対策を講じることができるように、モータメーカーに適した方法や装置を研究・開発する必要があります。永久磁石モーターが磁気を失わないようにするためです。
3.コストの問題
希土類永久磁石は依然として比較的高価であるため、希土類永久磁石モータのコストは一般に電気励起モータのコストよりも高く、その高性能と運用コストの削減によって補う必要があります。コンピューターのディスクドライブのボイスコイルモーターなど、場合によっては、NdFeB永久磁石を使用すると性能が向上し、体積と質量が大幅に削減され、総コストが削減されます。設計の際には、具体的な使用シーンや要件に基づいて性能と価格を比較し、コストを削減するために構造プロセスの革新や設計の最適化を行う必要があります。
安徽明騰永久磁石電気機械設備有限公司 (https://www.mingtengmotor.com/）。永久磁石モーター磁性鋼の減磁率は年間1000分の1以下です。
当社の永久磁石モータロータの永久磁石材料は、高磁気エネルギー製品と高固有保磁力の焼結NdFeBを採用しており、従来のグレードはN38SH、N38UH、N40UH、N42UHなどです。当社の一般的なグレードであるN38SHを例に挙げます。例として、38- は 38MGOe の最大磁気エネルギー積を表します。 SHは最高耐熱温度150℃を表します。 UHの耐熱温度は180℃です。同社は、磁性鋼アセンブリ用の専門的な工具とガイド治具を設計し、組み立てられた磁性鋼の極性を合理的な手段で定性分析して、各スロットの磁性鋼の相対的な磁束値が近くなり、磁性鋼の対称性が保証されます。回路と磁性鋼アセンブリの品質。
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投稿日時: 2024 年 8 月 30 日