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[视频] 永磁马达发展概述

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发表于 2008-12-8 09:38:02 | 显示全部楼层

永磁马达发展概述

永磁马达发展概述在马达的发展中,世界上第一台马达就是永磁马达,由于早期的永磁材料性能很差,永磁马达做得很笨重,因而被电动磁马达所取代。
随着各种电机迅速发展的需要和电流充磁器的发明,人们对永磁材料的机理、构成和製造技术进行了深入研究,相继发现了碳钢、钨钢(最大磁能积约2.7 kJ/m3)、钴钢(最大磁能积约7.2 kJ/m3)等多种永磁材料。 特别是20世纪30年代出现的铝镍钴永磁(最大磁能积可达85 kJ/m3)和50年代出现的铁氧体永磁(最大磁能积现可达40 kJ/m3),磁性能有了很大提高,各种微型和小型马达又纷纷使用永磁材料。
永磁马达的研究和开发大致可以分成三个阶段:
 
第一阶段:20世纪60年代后期和70年代,由于稀土钴永磁价格昂贵,研究开发重点是航空、航太用马达和要求高性能而价格不是主要因素的高科技领域。
 
第二阶段:20世纪80年代,特别是1983年出现价格相对较低的钕铁硼永磁后,国内外的研究开发重点转移到工业和民用马达上。稀土永磁的优异磁性能,加上电力电子器件和微机技术的迅勐发展,不仅使许多传统的电动磁马达纷纷用稀土永磁马达来替代,而且可以实现传统的电动磁马达所难以达到的高性能。
第三阶段:进入20世纪90年代,随着永磁材料性能的不断提高和完善,特别是钕铁硼永磁的热稳定性和耐腐蚀性的改善和价格的逐步降低以及电力电子器件的进一步发展,加上永磁马达研究开发经验的逐步成熟,除了大力推广和应用已有研究成果,使永磁马达在国防、工农业生産和日常生活等各个方面获得越来越广泛的应用外,稀土永磁马达的研究开发进入一个新阶段。
一方面,正向大功率化(高转速、高转矩)、高功能化和微型化方向发展。目前,稀土永磁马达的单台容量已超过1 000 kW,最高转速已超过300 000 r/min,最低转速低于0.01 r/min,最小马达外径只有0.8 mm,长1.2 mm。
 另一方面,促使永磁马达的设计理论、计算方法、结构工艺和控制技术等方面的研究工作出现崭新的局面,有关的学术论文和科研成果大量涌现,形成了以电磁场数值计算和等效磁路解析求解相结合的一整套分析研究方法和电脑辅助设计软体。
文章摘录自"稀土永磁电机发展综述"
盘式无硅钢片,轴向磁通永磁直流无刷马达


 楼主| 发表于 2008-12-8 09:41:41 | 显示全部楼层
由于马达在节能科技领域,属于相当重要的一环!因此,听到顾问介绍有新型节能马达产品说明会,就赶紧拨空参加!同时,也在这裡介绍分享给有兴趣了解的朋友!

  该盘式马达(轴向磁通永磁直流无刷马达Axial Flux Permanent Magnet Brushless Motor)在线圈成型部分,採分段电磁阵列技术,减小了定子铜耗。也取消了传统电机中的铁心,不使用硅钢片,也就减少了铁耗及铁心齿槽带来的铁磁饱和效应。这样,在运行区间内马达的最大转矩曲线是线性的,可提高马达转矩倍数。而且消除了定子、转子之间的磁拉力,减小了轴承载荷,减小了马达的机械耗(特别是对大功率马达)。这样使得马达可达到94~98%的高效率。且同一功率等级下,比普通马达体积小,重量轻。

  简单说,这颗盘式无硅钢片,轴向磁通永磁直流无刷马达的特性,如下:

  ● 节能        ● 环保

  ● 精确控制      ● 高效率

  ● 结构简易      ● 低噪音

  ● 高功率密度     ● 性价比高

  ● 可靠性高      ● 模组化技术

  进一步介绍该马达的特性!

  

  1、核心技术?

  基于分段电磁阵列技术的高功率密度和高效率的永磁电动机或发电机与控制器组成的系统。该系统的设计方法利用了—材料学、电脑辅助设计学、控制学及电磁测量物理学等。

  

  2、效率可达到94~98%?

  在专利技术—分段电磁阵列技术的独有的线圈成型技术,减小了定子铜耗。取消了传统电机中的铁心,也就取消了铁耗。而且消除了定子、转子之间的磁拉力,减小了轴承载荷,从而减小了电机的机械耗(特别是对大功率电机)。

  3、可达到高的功率密度?

  使用了高磁能积的稀土永磁材料,与传统马达相比,因爲该马达的轴向气隙设计,使气隙中的磁力线双倍于径向气隙设计的传统电机,而且不使用硅钢片也消除了由于铁心齿槽带来的磁饱和效应。从而导致了同一功率等级下,该马达比普通马达体积小,重量轻。

  4、最大转矩倍数可达到10?

  无铁心定子的设计,消除了铁磁饱和效应。这样,在运行区间内电机的最大转矩曲线是线性的。所以该马达在遭遇突如其来的大负荷时,较能从容应付,适应恶劣的运行环境。

  5、 运行非常的平稳?

  没有铁心,也就没有了传统马达上固有的齿槽效应,而且该马达的控制器应用控制反电势波形与电流的匹配技术,使该马达在运转时从根本上达到了除轴承声音以外的静音效果和接近于零的波纹转矩。

  6、 温升不高?

  体积小,重量轻。按理说比传统马达更难保证其温升指标。但因爲该马达效率高,所以内部産生的热量相对就少,而且应用先进的电脑辅助设计软体优化了该马达内部的散热通过和几何形状,从而能够将马达高扭矩和大电流时发出的热量,顺利排出到马达的外部。

  7、 怎样在微风中发电的?

  不使用硅钢片也就没有传统马达中共有的定、转子之间必然存在的单边磁拉力,这样由于轴承负荷的减小,该马达就可以使用尺寸较小的轴承,从而大大减小轴承损耗。

  综合上面问题提到的该马达的损耗很小,而且没有波纹扭矩。这样应用该马达的风力发电机就能从微风中捕获到风能并用来发电。该马达独特的轴向气隙设计也有利于垂直轴向风力发电机,更容易在低风速中捕获风能。这样的风力发电机组不仅适合低风速中运行,而且在风向变化无常的阵风条件下也能正常运行。由于重量轻,所以应用该马达的风力发电机更适用于不需要塔架的建筑物顶或船上。

  8、 在水平轴风力发电机组中使用该马达的优势:

  

  1) 以浆叶 —》 发电机的直接驱动方式,代替以浆叶 —》 齿轮箱 —》 发电机的间接驱动方式。从而大大提高了风力发电机组的可靠性(因爲齿轮箱是风力发电机组中的易发故障点),和风力发电机组的效率。

  2) 不使用变浆距技术亦能保证上网电能的频率,从而大大简化了风力发电机组的结构,提高了风力发电机组的可靠性。

  3) 可以将风力发电机组的重量减轻百分之二十,从而在塔架和地基处理上节省费用。

  4) 可以将切入风速由现在的3m/s减小到2m/s,从而在同等的风资源情况下发更多的电。

  9、 如何将马达转子受到的空气阻力降到最小?

  轴向气隙设计的转子上受到的空气阻力与转子的直径和速度呈非线性函数。内部有感应元件感应空气阻力的大小并回馈到控制器,控制器通过参数的调整来减少空气阻力对马达性能的影响。

  10、 与支撑轭相关的损失是什么?

  双转子设计,拥有直流支撑轭(材料爲钢,铸铁等),与传统交流马达不同的是不会在支撑轭中産生涡流和磁滞现象,从而也就没有传统马达中的涡流损耗和磁滞损耗,因此效率更高。

  11、 能够被应用于水力发电系统中吗?

  用轴向气隙技术製造的小功率水力发电机可以在涓涓细流中获得能量并産生出电流。这种方法不需要筑坝,也不会伤害到水中生物和游泳者,而且方便于将发电机从甲处转移到乙处使用。

  12、 用于波浪和潮汐发电?

  因爲各零部件的表面都可以爲适应恶劣环境而完全被特有的聚合物所覆盖,所以该马达可以接近或直接被安置在海水中使用而不会被腐蚀。

  13、 爲什么适合于机械化生産?

  

  没有铁芯,不需要製造中冲片、迭片、嵌线等大量的劳动密集型工作,也不需要浸漆、烘烤、铸铝等环境恶劣的工序。结构简单,零部件很少,其中最爲複杂的定子线圈也可以使用机械快速生産。其次由于对各零部件的形位和尺寸公差的要求相对宽鬆,因而,零部件加工上的成本相对较低。第三,由于定子没有铁心,定转子之间不会象普通永磁马达那样産生磁力相吸情况,因而,最后总装也是一件非常容易的事。

  14、 爲什么製造成本比传统马达有竞争力?

  使用材料中,最爲昂贵的是稀土永磁材料—钕铁硼,在过去的十年里,钕铁硼的价格一路下跌到我们可以很容易接受的程度!而由于体积小得多、重量轻得多,因而,所使用的材料的成本相对来说比传统马达成本稍低。

  

  应用范围 :

  此高效能马达应用场合非常广,其高扭力与极精细的位置控制性,非常适合用来代替昂贵的伺服马达,增加高控制性与减低成本;又其极高电能效率,可延长各种以电池为能源的电动装置 (如手持电动工具, 电动车等)之运转时间。由于高效率之电能利用,可以协助达到减少发电厂的兴建,以维护地球之自然环境生态。

  伺服应用: 工具机之各轴、机械手臂…等。

  厂房设备: 各种电动机械、电动升降机、电动起重机…等。

  交通工具: 车上之各种电动装置、车上发电机、汽电车、电动车…等。

  家电用品: 冷气机、电冰箱、洗衣机…等。

  手持电动工具: 电鑽、电动螺丝起子、电动除草机、电锯…等。

  其他诸多应用: 风力发电机、飞机、高科技用品…等。

  

  「电浆态引擎」介绍

  

  所谓的电浆引擎,简单而言,就是超高压缩引擎。

  压缩比愈大的时候,引擎的力量愈大!所以说当假设你的引擎的压缩比是10的时侯,它所产生的推力是1a公斤,当我们把引擎的压缩比上昇到20时它所产生的推力,就会到达2a公斤!就像柴油引擎的扭力比汽油引擎来的更有力!那我们採用电浆态引擎,就是要把汽油转成为介于这个液态跟固态之间,它就能够让汽油引擎跳脱原有引擎的设计,让引擎上昇到压缩比20以上,提高热效力。

  另外,採用电浆引擎的时侯,电浆态所产生的高温,足够把汽缸中的废气全部烧光,也是电浆引擎的创新内容的优势。

  

  什麽叫电浆态?

  凡所有的物质都有四态,气态、液态、固态跟电浆态。

  大家都知道物质有三态:固态、液态、气态。以最常见的冰(固态)为例子:当冰吸收了足够的能量之后,就转变为水(液态);当水又吸收了足够的能量,就会转变为水蒸气(气态)。一般来说,固态和液态之间的体积变化并不大,但是变成气态之后的体积,则往往是固态或液态的百倍、甚至千倍。虽然水的固、液、气三态具有的能量不同,体积大小也不一样,但是三者都同样是由一个氧原子和两个氢原子所构成的水分子组成。由于分子本身不带电,相互间的作用力很小,所以当水蒸气分子再次吸收能量时,分子便开始离化成为带负电的电子,以及带有正电的氧离子和氢离子,而成为另一种新的物质形态~电浆态。由于是由中性分子变化来的,所以电子和离子的电荷总和仍然是「零」,也就是依旧保持电中性。引用:太空舰长~物质的第四态:电浆

  简单以煤油为例:煤油;通常我们所看到的煤油是以一个液态,当我们把它媒油放在瓶子内,并装上空气喷枪喷涂的时候,它就是变成气态,假设我把它(液态之煤油)冷冻起来的时候,它就变成固态。

  所谓的电浆态,就是指是说在煤油在高压高热跟触煤的环境底下,它会形成半液体的黏稠的样子,媒油它模拟成像类似液体跟固体之间的状态,就称为电浆态。

  电浆是怎麽产生的?

  物质是由分子组成的,一个分子可以包含一个或多个原子,而一个原子则是由原子核和若干个电子组成。原子核带正电,电子带负电,原子呈电中性。气态时,电子在电场束缚下围绕原子核旋转。如果气体被加热,其电子的热运动动能就会增加。一旦电子的热运动动能超过原子核对它的束缚,电子就成为自由电子,这种过程称之为电离。

  如果气体中的所有原子都被电离,就称为完全电离,如果只有部分原子被电离,则称为部分电离。被电离的原子数与总原子数之比称为电离度。电离度为100%时,即气体被完全电离,就成为我们上面所说的物质第四态──电浆,也称为等离子体。这是最严格定义的电浆,在实际应用中,部分电离的气体,只要满足一定的条件,也通称为电浆。电浆中,失去电子的原子称为离子。

  当一团电中性气体被加温或强光辐射下,使得气体内的原子游离成带正电荷的离子群和自由电子群,这团气体就呈电浆态了(因此有些人称电浆为「离子气体」)。正因为电浆是由带正电荷和带负电荷的离子所组成的流体,它的特性会和电中性的气体特性有所不同。因此,产生电浆的最简单方法就是对气体进行加热使其电离,即成电浆。在实验室和工业应用中,就是先把容器抽到比较高的真空,再充入所需要的气体,但仍保持比大气压低的气压,然后再用放电或电磁波使气体电离。引用:奇妙的物质第四态─电浆

  电浆态有何特性呢?

  举凡所有的物质在何种状态下最容易燃烧呢?相较之下就是所谓的气态,举例而言:煤油气态的情况,经实验证明:气态时,是最容易燃烧的。

  液态时,假如把煤油倒在实验中的碗里,点燃它其实它是不容易被点燃的。以上两者相较下,媒油它在气态时侯它是非常容易点燃的。理由:煤油在气态时,成微细颗粒雾气化,故燃烧效率能够完全燃烧。

  电浆态的状态,在眼睛的能见度上简单地说它像浆煳一样的,这种液态跟固态之间的状态,我们就称为电浆态!由于电浆态是介于液态与固态之间,所以它非常非常不容易点着,所以它在压缩的过程里面的热量(calories )并不会让它产生自燃。如此,就能顺利的提高引擎压缩比。
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