Glavna gonilna sila, ki vodi obdobje visoke učinkovitosti in varčevanja z energijo

Poganjajo jih dvojne sile sodobnega industrijskega sistema in nove energetske revolucije, motorji kot osrednje naprave za pretvorbo energije doživljajo tehnološko ponovitev od tradicionalnih elektromagnetnih do trajnih magnetnih vrst.Motorji s trajnimi magneti, s svojimi izjemnimi prednostmi visoke učinkovitosti, miniaturizacije in nizkih izgub, so postali "srce moči" na področjih, kot so nova energetska vozila, industrijska avtomatizacija, pametni domovi in ​​vesoljski promet, s čimer so temeljito spremenili način uporabe energije v človeški proizvodnji in življenju.

I. Temeljni princip motorjev s trajnimi magneti: energetska revolucija, ki jo poganjajo magnetna polja

Bistvo motorjev s trajnimi magneti je uporaba konstantnega magnetnega polja, ki ga ustvarjajo trajni magnetni materiali (kot so neodim železo bor, samarij kobalt itd.), da nadomestijo vzbujalna navitja v tradicionalnih motorjih in dosežejo učinkovito pretvorbo električne energije in mehanske energije z elektromagnetno indukcijo. Njegovo načelo delovanja lahko povzamemo kot "interakcija magnetnega polja": po tem, ko izmenični tok teče skozi navitje statorja, se ustvari vrtljivo magnetno polje. To magnetno polje deluje s konstantnim magnetnim poljem trajnih magnetov na rotorju, pri čemer ustvarja elektromagnetni navor, ki poganja rotor, da se vrti, in nato poganja zunanjo obremenitev, da deluje.

V primerjavi s tradicionalnimi vzbujevalnimi motorji motorji s trajnimi magneti odpravljajo vzbujalna navitja, drsne obroče, ščetke in druge komponente, s čimer dosežejo dva velika preboja v strukturi: prvič, odpravljajo vzbujalne izgube (ki predstavljajo približno 10–20 % skupnih izgub motorja), kar znatno izboljša učinkovitost pretvorbe energije; Drugič, poenostavi strukturo motorja, zmanjša stopnjo napak in podaljša življenjsko dobo. Za primer vzemimo pogonske motorje vozil z novo energijo. Učinkovitost sinhronih motorjev s trajnimi magneti lahko na splošno doseže 90 % do 97 %, kar je veliko višje od 85 % do 90 % tradicionalnih asinhronih motorjev. To je tudi glavni razlog, zakaj so postali glavna pogonska rešitev.

ii. Tehnične prednosti: Štiri dimenzije preoblikovanja motorične zmogljivosti

Široka uporabamotorji s trajnimi magnetiizhaja iz njihovih vsestranskih prebojev v zmogljivosti, velikosti, porabi energije in zanesljivosti, ki jih je mogoče posebej povzeti v štiri glavne prednosti:

1. Visoka učinkovitost in varčevanje z energijo: funkcija nizkih izgub v vseh pogojih delovanja

Motorji s trajnimi magneti lahko ohranijo visoko učinkovitost v širokem razponu vrtilnih hitrosti, zlasti v pogojih delne obremenitve (kot so nova energetska vozila v mestnem prometu), kjer je njihova prednost učinkovitosti še bolj izrazita. Če za primer vzamemo trifazni asinhronski motor, ki se običajno uporablja v industriji, se lahko pri enaki moči izguba brez obremenitve motorja s trajnimi magneti zmanjša za več kot 50 %, obratovalna izguba pa se lahko zmanjša za 20 % do 30 %. Dolgotrajna uporaba lahko prihrani veliko količino električne energije. Po podatkih Mednarodne agencije za energijo bi lahko, če bi vse industrijske motorje po svetu zamenjali z motorji z visokim izkoristkom s trajnimi magneti, letno zmanjšali približno 120 milijonov ton emisij ogljikovega dioksida.

2. Kompakten in lahek: Strukturna zasnova, ki prebija prostorske omejitve

Zaradi gostote magnetnega pretoka trajnih magnetnih materialov, ki je veliko večja kot pri tradicionalnih vzbujevalnih navitjih, se lahko prostornina in teža motorjev s trajnimi magneti zmanjšata za 30 % do 50 % pri enaki moči. Ta prednost je še posebej pomembna na področjih, kot so vesoljski in medicinski pripomočki, ki so občutljivi na prostor in težo. Na primer, pogonski motorji s trajnimi magneti, ki se uporabljajo v dronih, tehtajo le polovico manj kot tradicionalni motorji, vendar lahko ponudijo večjo gostoto moči, kar znatno poveča njihovo vzdržljivost.

3. Nizek hrup in visoka zanesljivost: operativna prednost zmanjšanja stroškov vzdrževanja

Motorji s trajnimi magneti nimajo zlahka obrabljivih delov, kot so ščetke in drsni obroči. Njihova struktura rotorja je preprosta. Med delovanjem imajo nizke vibracije in hrup (običajno pod 60 decibelov), njihova stopnja okvar pa je veliko nižja kot pri tradicionalnih motorjih. V industrijskih proizvodnih linijah lahko srednji čas med okvarami (MTBF) motorjev s trajnimi magneti doseže več kot 100.000 ur, kar je 2- do 3-krat več kot pri tradicionalnih motorjih, kar bistveno zmanjša stroške vzdrževanja opreme in izgube v času izpadov.

4. Široko območje regulacije hitrosti: Prilagodljivost krmiljenja, prilagojena več scenarijem

S pomočjo vektorskega nadzora, variabilne frekvenčne regulacije hitrosti in drugih tehnologij lahko motorji s trajnimi magneti dosežejo regulacijo hitrosti v širokem razponu od 0 do 10.000 RPM, z visoko natančnostjo regulacije hitrosti (napaka manj kot 0,5 %) in hitri odzivni hitrosti (nivo milisekunde). Ta funkcija mu omogoča izpolnjevanje zahtev različnih scenarijev: v novih energetskih vozilih lahko doseže brezhibno preklapljanje med zagonom pri nizki hitrosti in visokim navorom ter učinkovitim križarjenjem pri visoki hitrosti. V preciznih strojnih orodjih lahko zagotovi stabilno delovanje pri nizki hitrosti, da zagotovi natančnost obdelave.

iii. Področja uporabe: Pretvorba moči Prodiranje v celotno industrijsko verigo

Od industrijske proizvodnje do vsakdanjega življenja, od zemeljskega prometa do vesolja, so motorji s trajnimi magneti postali osrednja gonilna sila za tehnološke nadgradnje na različnih področjih. Njihovi glavni scenariji uporabe vključujejo:

1. Nova energetska vozila: Glavna izbira za pogonske sisteme

Trenutno več kot 90 % čisto električnih vozil in hibridnih vozil po vsem svetu kot pogonske motorje uporablja sinhrone motorje s trajnimi magneti. Na primer, glavni modeli, kot sta Tesla Model 3 in BYD Han, so vsi opremljeni z visoko zmogljivimi motorji s trajnimi magneti, ki ne zagotavljajo le močne moči (s pospeškom od 0 do 100 km/h v 2,1 sekunde), ampak dosegajo tudi nizko porabo energije (z minimalno porabo energije le 11,9 KWH na 100 km), kar olajša preobrazbo avtomobilske industrije k nizki karbonizaciji.

2. Industrijska avtomatizacija: ključna oprema za izboljšanje učinkovitosti proizvodnje

Na industrijskem področju se motorji s trajnimi magneti pogosto uporabljajo v obdelovalnih strojih, robotih, ventilatorjih, vodnih črpalkah in drugi opremi. Vzemimo za primer industrijske robote. Servo motorji s trajnimi magneti, ki se uporabljajo na spojih, lahko dosežejo visoko natančno pozicioniranje (s ponavljajočo natančnostjo pozicioniranja ±0,001 mm) in hiter odziv, kar robotom omogoča dokončanje kompleksnih montažnih, varilnih in drugih nalog ter bistveno izboljša učinkovitost proizvodnje. Poleg tega lahko ventilatorji in črpalke, ki jih poganjajo motorji s trajnimi magneti, prihranijo od 20 % do 40 % energije v primerjavi s tradicionalnimi motorji, s čimer vsako leto prihranijo ogromno pristojbin za elektriko za industrijska podjetja.

3. Pametni dom in zabavna elektronika: ključne komponente za optimizacijo uporabniške izkušnje

V vsakdanjem življenju so motorji s trajnimi magneti prodrli na področja, kot so gospodinjski aparati in digitalni izdelki. Na primer, motor s trajnim magnetom DC, uporabljen v pametnih pralnih strojih, lahko doseže brezstopenjsko regulacijo hitrosti, kar ima za posledico enakomernejše pranje in nižji hrup. Hladilni ventilator prenosnega računalnika ima mikro motor s trajnim magnetom, ki je velik le kot kovanec, vendar lahko zagotovi učinkovit hladilni učinek in zagotovi stabilno delovanje naprave.

4. Letalstvo in nacionalna obramba: tehnična podpora za preboj skozi ekstremna okolja

V letalskem in vesoljskem področju se motorji s trajnimi magneti zaradi svoje visoke zanesljivosti in zmožnosti vzdržati ekstremna okolja (delujejo v temperaturnem območju od -60 ℃ do 200 ℃) pogosto uporabljajo pri nadzoru položaja satelitov, pogonu brezpilotnih letal (UAV), sistemih za vodenje izstrelkov itd. Na primer, motor s trajnim magnetom, ki ga nosi kitajska lunarna sonda Chang 'e-5, deluje stabilno v okolju ekstremnih temperaturnih razlik na Luni, kar zagotavlja ključno električno podporo za misijo vračanja vzorca.

Iv. Razvojni izzivi in ​​prihodnji trendi: Tehnološki preboji do višje zmogljivosti

Čeprav so motorji s trajnimi magneti dosegli izjemen uspeh, se še vedno soočajo z nekaterimi izzivi v svojem razvojnem procesu: Prvič, materiali s trajnimi magneti so odvisni od uvoza. Več kot 90 % svetovnih visokozmogljivih materialov s trajnimi magneti na osnovi neodima, železa in bora je proizvedenih na Kitajskem, vendar lahko pomanjkanje in nihanje cen virov redkih zemelj vpliva na stabilnost industrije. Drugič, visokotemperaturna stabilnost je nezadostna. Tradicionalni trajni magnetni materiali iz neodima, železa in bora so nagnjeni k razmagnetenju pri visokih temperaturah, kar omejuje njihovo uporabo v visokotemperaturnih scenarijih, kot so letalski motorji in jedrska industrija. Tretjič, stroški so relativno visoki. Cena visokozmogljivih trajnih magnetnih materialov je 5- do 10-krat višja od tradicionalnih elektromagnetnih materialov, kar poveča proizvodne stroške motorjev.

Kot odgovor na te izzive bo prihodnji razvoj motorjev s trajnimi magneti potekal v treh glavnih smereh:

1. Raziskave in razvoj novih trajnih magnetnih materialov: premagovanje omejitev virov in zmogljivosti

Raziskovalne ustanove aktivno razvijajo trajne magnetne materiale brez redkih zemelj (kot so trajni magnetni materiali železo-dušik in železo-kobalt) in trajne magnetne materiale, odporne na visoke temperature (kot so izboljšane različice trajnih magnetnih materialov samarij kobalt), da zmanjšajo odvisnost od virov redkih zemelj in povečajo stabilnost motorjev v ekstremnih okoljih. Trajni magnetni material železo-dušik, ki ga je razvilo ameriško ministrstvo za energijo, ima na primer magnetne lastnosti, ki so podobne tistim iz neodima, železa, bora in ne vsebuje elementov redkih zemelj, kar lahko zniža stroške za več kot 40 %.

2. Inteligenca in integracija: izboljšajte delovanje motoričnih sistemov

V prihodnosti bodo motorji s trajnimi magneti globoko integrirani z internetom stvari in tehnologijami umetne inteligence, da bi dosegli inteligentno spremljanje in prilagodljivo regulacijo. Industrijske motorje je na primer mogoče spremljati v realnem času glede njihovega delovnega stanja prek senzorjev in jih kombinirati z algoritmi umetne inteligence za optimizacijo strategij regulacije hitrosti, kar dodatno zmanjša porabo energije. Medtem bo integrirana zasnova motorjev s krmilniki in reduktorji (kot je električni pogonski sistem "več v enem" v novih energetskih vozilih) znatno zmanjšala prostornino in težo ter povečala učinkovitost sistema.

3. Zelena proizvodnja in recikliranje: Gradnja trajnostne industrijske verige

Da bi dosegli razvoj z nizkimi emisijami ogljika, bo industrija motorjev s trajnimi magneti spodbujala uporabo zelenih proizvodnih tehnologij, kot so premazi brez topil in postopki sintranja pri nizkih temperaturah, za zmanjšanje onesnaževanja med proizvodnim procesom. Medtem je treba vzpostaviti sistem recikliranja trajnih magnetnih materialov. S tehnologijami, kot sta razstavljanje in čiščenje, je mogoče doseči recikliranje virov redkih zemelj, kar zmanjša odvisnost od primarnih virov.

Zaključek

Od parne moči industrijske revolucije do elektromagnetnih motorjev električne dobe in zdaj do motorjev s trajnimi magneti, človeška težnja po učinkoviti energiji ni nikoli prenehala. Kot ena izmed osrednjih tehnologij nove energetske revolucije in industrije 4.0 motorji s trajnimi magneti niso le ključ do izboljšanja učinkovitosti izrabe energije in spodbujanja nizkoogljičnega razvoja, ampak tudi pomembna podpora za doseganje vrhunske proizvodnje in prebijanje tehnoloških blokad. Z nenehnim prebojem novih materialov in inteligentnih tehnologij bodo motorji s trajnimi magneti ustvarili vrednost na več področjih in vnesli stalen tok "zelene energije" v trajnostni razvoj človeške družbe.