Põhiline liikumapanev jõud, mis juhib suure tõhususe ja energiasäästu ajastut

Moodsa tööstussüsteemi ja uue energiarevolutsiooni kahekordsetest jõududest ajendatuna läbivad mootorid kui energia muundamise põhiseadmed tehnoloogilist iteratsiooni traditsioonilistest elektromagnetilistest püsimagnetitüüpidele.Püsimagnetmootorid, mille märkimisväärsed eelised on kõrge kasutegur, miniatuursus ja väike kadu, on muutunud "jõu südameks" sellistes valdkondades nagu uued energiasõidukid, tööstusautomaatika, targad kodud ja lennundus, muutes põhjalikult viisi, kuidas energiat kasutatakse inimeste tootmises ja elus.

I. Püsimagnetmootorite põhiprintsiip: magnetväljadest juhitav energiarevolutsioon

Püsimagnetmootorite olemus on kasutada püsimagnetmaterjalide (nagu neodüüm raudboor, samariumkoobalt jne) tekitatud konstantset magnetvälja, et asendada traditsiooniliste mootorite ergutusmähised ning saavutada elektromagnetilise induktsiooni abil elektrienergia ja mehaanilise energia tõhus muundamine. Selle tööpõhimõtte võib kokku võtta kui "magnetvälja interaktsiooni": pärast vahelduvvoolu läbimist staatori mähises tekib pöörlev magnetväli. See magnetväli interakteerub rootori püsimagnetite konstantse magnetväljaga, tekitades elektromagnetilise pöördemomendi, mis paneb rootori pöörlema, ja suunab seejärel tööle välise koormuse.

Võrreldes traditsiooniliste ergutusmootoritega kõrvaldavad püsimagnetmootorid ergutusmähised, libisemisrõngad, harjad ja muud komponendid, saavutades kaks suurt läbimurret struktuuris: esiteks kõrvaldavad need ergutuskaod (moodustades umbes 10–20% mootori kogukadudest), parandades oluliselt energia muundamise efektiivsust; Teiseks lihtsustab see mootori struktuuri, vähendab rikete määra ja pikendab kasutusiga. Võtke näiteks uute energiasõidukite ajamimootorid. Püsimagnetiga sünkroonmootorite efektiivsus võib üldiselt ulatuda 90–97%, mis on palju kõrgem kui traditsiooniliste asünkroonmootorite 85–90%. See on ka peamine põhjus, miks neist on saanud peavoolu ajamlahendus.

Ii. Tehnilised eelised: mootori jõudluse ümberkujundamise neli mõõdet

Laialdane rakenduspüsimagnetmootoridtuleneb nende igakülgsetest läbimurdest jõudluses, suuruses, energiatarbimises ja töökindluses, mille võib kokku võtta nelja peamise eelisena:

1. Kõrge efektiivsus ja energiasääst: madala kadu funktsioon kõikides töötingimustes

Püsimagnetmootorid suudavad säilitada kõrge efektiivsuse laias pöörlemiskiiruse vahemikus, eriti osalise koormuse tingimustes (näiteks linnaliikluses kasutatavad uued energiasõidukid), kus nende efektiivsuse eelis on veelgi suurem. Võttes näiteks tööstusvaldkonnas tavaliselt kasutatava kolmefaasilise asünkroonmootori, saab sama võimsusega püsimagnetmootori tühikäigukadu vähendada rohkem kui 50% ja töökadu 20% kuni 30%. Pikaajaline kasutamine võib säästa suurel hulgal elektrit. Rahvusvahelise energiaagentuuri andmetel saaks kui kõik tööstuslikud mootorid maailmas asendada püsimagnetitega suure kasuteguriga mootoritega, väheneks süsinikdioksiidi heitkogused ligikaudu 120 miljoni tonni võrra aastas.

2. Kompaktne ja kerge: struktuurne disain, mis murrab ruumilisi piiranguid

Kuna püsimagnetmaterjalide magnetvoo tihedus on palju suurem kui traditsioonilistel ergutusmähistel, saab püsimagnetmootorite mahtu ja kaalu sama võimsusega 30–50% vähendada. See eelis on eriti oluline sellistes valdkondades nagu kosmose- ja meditsiiniseadmed, mis on tundlikud ruumi ja kaalu suhtes. Näiteks droonides kasutatavad püsimagnetmootorid kaaluvad vaid poole vähem kui traditsioonilised mootorid, kuid need võivad pakkuda suuremat võimsustihedust, mis suurendab oluliselt nende vastupidavust.

3. Madal müratase ja kõrge töökindlus: hoolduskulude vähendamise eelis

Püsimagnetmootoritel pole kergesti kuluvaid osi, nagu harjad ja libisemisrõngad. Nende rootori struktuur on lihtne. Töö ajal on neil madal vibratsioon ja müra (tavaliselt alla 60 detsibelli) ning nende rikete määr on palju väiksem kui traditsioonilistel mootoritel. Tööstuslikes tootmisliinides võib püsimagnetmootorite keskmine rikete vaheline aeg (MTBF) ulatuda üle 100 000 tunni, mis on 2–3 korda suurem kui traditsioonilistel mootoritel, vähendades oluliselt seadmete hoolduskulusid ja seisakuid.

4. Lai kiiruse reguleerimise vahemik: mitme stsenaariumi jaoks kohandatud juhtimise paindlikkus

Vektorjuhtimise, muutuva sagedusega kiiruse reguleerimise ja muude tehnoloogiate abil suudavad püsimagnetmootorid saavutada laia kiiruse reguleerimise vahemikus 0 kuni 10 000 p / min, suure kiiruse reguleerimise täpsusega (viga alla 0,5%) ja kiire reageerimiskiirusega (millisekundi tase). See funktsioon võimaldab sellel vastata erinevate stsenaariumide nõudmistele: uutes energiasõidukites suudab see sujuvalt lülituda madalal kiirusel suure pöördemomendiga käivituse ja suure kiirusega tõhusa reisimise vahel. Täppistööpinkides võib see tagada töötlemise täpsuse tagamiseks stabiilse madala kiirusega töö.

III. Kasutusvaldkonnad: võimsuse muundamine, mis tungib läbi kogu tööstusahela

Alates tööstuslikust tootmisest kuni igapäevaeluni, maismaatranspordist kuni kosmosesõiduni, on püsimagnetmootoritest saanud erinevates valdkondades tehnoloogiliste uuenduste peamine liikumapanev jõud. Nende peamised rakendusstsenaariumid hõlmavad järgmist:

1. Uued energiasõidukid: ajamisüsteemide peamine valik

Praegu kasutab üle 90% puhtalt elektrisõidukitest ja hübriidsõidukitest kogu maailmas ajamitena püsimagnetilisi sünkroonmootoreid. Näiteks peavoolumudelid, nagu Tesla Model 3 ja BYD Han, on kõik varustatud suure jõudlusega püsimagnetmootoritega, mis mitte ainult ei taga tugevat võimsust (0-100 km/h kiirendusega kuni 2,1 sekundit), vaid saavutavad ka madala energiatarbimise (minimaalne energiatarve vaid 11,9 KWH 100 km kohta), mis hõlbustab tööstuse madalat automotiveerimist.

2. Tööstusautomaatika: peamised seadmed tootmise tõhususe suurendamiseks

Tööstusvaldkonnas kasutatakse püsimagnetmootoreid laialdaselt tööpinkides, robotites, ventilaatorites, veepumpades ja muudes seadmetes. Võtke näiteks tööstusrobotid. Liigendites kasutatavad püsimagnetitega servomootorid suudavad saavutada ülitäpse positsioneerimise (korduva positsioneerimise täpsusega ±0,001 mm) ja kiire reageerimise, võimaldades robotitel täita keerulisi monteerimis-, keevitus- ja muid ülesandeid ning oluliselt parandada tootmise efektiivsust. Lisaks võivad püsimagnetmootoritega käitatavad ventilaatorid ja pumbad traditsiooniliste mootoritega võrreldes säästa 20–40% energiat, säästes igal aastal tööstusettevõtete jaoks tohutul hulgal elektritasusid.

3. Nutikas kodu- ja olmeelektroonika: kasutajakogemuse optimeerimise põhikomponendid

Igapäevaelus on püsimagnetmootorid imbunud sellistesse väljadesse nagu kodumasinad ja digitaalsed tooted. Näiteks nutikate pesumasinate püsimagnetiline alalisvoolumootor võimaldab saavutada astmeteta kiiruse reguleerimise, mille tulemuseks on ühtlasem pesemine ja väiksem müratase. Sülearvuti jahutusventilaator kasutab mikropüsimagnetmootorit, mis on vaid mündi suurune, kuid võib pakkuda tõhusat jahutusefekti ja tagada seadme stabiilse töö.

4. Lennundus ja riigikaitse: tehniline tugi äärmuslikest keskkondadest läbimurdmiseks

Lennunduses kasutatakse püsimagnetmootoreid laialdaselt satelliitide asendi juhtimises, mehitamata õhusõidukite (UAV) tõukejõus, rakettide juhtimissüsteemides jne, kuna need on väga töökindlad ja taluvad äärmuslikke keskkondi (töötavad temperatuurivahemikus -60 ℃ kuni 200 ℃). Näiteks Hiina Kuusondi Chang 'e-5 püsimagnetmootor on Kuu äärmuslike temperatuuride erinevuste keskkonnas stabiilselt töötanud, pakkudes proovide tagastamise missiooni jaoks olulist võimsust.

Iv. Arenguväljakutsed ja tulevikusuundumused: tehnoloogilised läbimurded suurema jõudluse suunas

Kuigi püsimagnetmootorid on saavutanud märkimisväärset edu, seisavad nende arendusprotsessis siiski mõned väljakutsed: Esiteks sõltuvad püsimagnetmaterjalid impordist. Üle 90% maailma suure jõudlusega neodüüm-raudboor-püsimagnetmaterjalidest toodetakse Hiinas, kuid haruldaste muldmetallide ressursside nappus ja hinnakõikumised võivad mõjutada tööstuse stabiilsust. Teiseks on kõrge temperatuuri stabiilsus ebapiisav. Traditsioonilised neodüüm-raudboor-püsimagnetmaterjalid on kõrgel temperatuuril altid demagnetiseerumisele, mis piirab nende kasutamist kõrge temperatuuriga stsenaariumides, nagu lennukimootorid ja tuumatööstus. Kolmandaks on hind suhteliselt kõrge. Suure jõudlusega püsimagnetmaterjalide hind on 5–10 korda kõrgem kui traditsiooniliste elektromagnetiliste materjalide hind, mis tõstab mootorite tootmiskulusid.

Vastuseks nendele väljakutsetele murrab püsimagnetmootorite edasine areng läbi kolmes peamises suunas:

1. Uute püsimagnetmaterjalide uurimine ja arendus: ressursside ja jõudluse piirangute läbimurdmine

Teadusasutused tegelevad aktiivselt haruldaste muldmetallide vaba püsimagnetmaterjalide (nt raud-lämmastiku ja raud-koobalti püsimagnetmaterjalide) ja kõrge temperatuuriga vastupidavate püsimagnetmaterjalide (nt samarium-koobalti püsimagnetmaterjalide täiustatud versioonide) väljatöötamisega, et vähendada sõltuvust haruldaste muldmetallide ressurssidest ja suurendada mootorite stabiilsust äärmuslikes keskkondades. Näiteks USA energeetikaministeeriumi välja töötatud raud-lämmastiku püsimagnetmaterjalil on neodüümi raudboori magnetilised omadused ja see ei sisalda haruldaste muldmetallide elemente, mis võivad kulusid vähendada rohkem kui 40%.

2. Intelligentsus ja integratsioon: parandage mootorisüsteemide jõudlust

Tulevikus integreeritakse püsimagnetmootorid sügavalt asjade Interneti ja tehisintellekti tehnoloogiatega, et saavutada intelligentne jälgimine ja adaptiivne reguleerimine. Näiteks saab tööstuslike mootorite tööolekut reaalajas jälgida andurite kaudu ja kombineerida tehisintellekti algoritmidega, et optimeerida kiiruse reguleerimise strateegiaid, vähendades energiatarbimist veelgi. Samal ajal vähendab kontrollerite ja reduktoritega mootorite integreeritud konstruktsioon (nagu uutel energiasõidukitel mitu-ühes elektriajamisüsteem) oluliselt mahtu ja kaalu ning suurendab süsteemi tõhusust.

3. Roheline tootmine ja ringlussevõtt: jätkusuutliku tööstusahela ehitamine

Madala süsinikusisaldusega arengu saavutamiseks edendab püsimagnetitega mootoritööstus roheliste tootmistehnoloogiate, näiteks lahustivaba katmise ja madala temperatuuriga paagutamisprotsesside rakendamist, et vähendada tootmisprotsessis tekkivat saastet. Vahepeal tuleks luua püsimagnetmaterjalide ringlussevõtu süsteem. Selliste tehnoloogiate abil nagu lahtivõtmine ja puhastamine on võimalik saavutada haruldaste muldmetallide ressursside ringlussevõtt, vähendades sõltuvust esmastest ressurssidest.

Järeldus

Tööstusrevolutsiooni aurujõust elektriajastu elektromagnetiliste mootoriteni ja nüüd püsimagnetmootoriteni – inimkonna püüdlus tõhusa energia järele pole kunagi lõppenud. Uue energiarevolutsiooni ja tööstus 4.0 ühe põhitehnoloogiana ei ole püsimagnetmootorid mitte ainult võti energiakasutuse efektiivsuse parandamiseks ja vähese CO2-heitega arengu edendamiseks, vaid ka oluliseks toeks tipptasemel tootmise saavutamisel ja tehnoloogilistest blokaadidest läbimurdmisel. Pidevate läbimurretega uute materjalide ja intelligentsete tehnoloogiate vallas loovad püsimagnetmootorid väärtust rohkemates valdkondades ja lisavad inimühiskonna säästvasse arengusse pideva "rohelise jõu" voo.