محركات المغناطيس الدائم فوائد وتحديات اختيار

يواصل الطلب على المحركات عالية الأداء والكفاءة في استخدام الطاقة في التطبيقات الصناعية والنقل الحديثة.وقد أنشأت محركات المغناطيس الدائم (PMMs) مكانة مهيمنة في العديد من التطبيقات بسبب أدائها الاستثنائي في السرعة المنخفضة، الكفاءة العالية، والهيكل المدمج.أجهزة PMM ليست خالية من القيود ‬تقدم خصائصها المتأصلة العديد من التحديات التي تتطلب تحليلاً دقيقاً ومقايضة في التطبيقات العمليةيقدم هذا التقرير وجهة نظر متخصصة شاملة حول مزايا وقيود PMMs ، وتقديم إرشادات للمهندسين وصناع القرار في اختيار المحركات وتطبيقها.

محركات المغناطيس الدائم تستخدم مغناطيسات دائمة لتوليد حقول مغناطيسيةPMMs لا تتطلب أي تيار إضافي للإثارة للحفاظ على مجالها المغناطيسي، مما يقلل من خسائر الطاقة ويحسن من الكفاءة. يتكون المحرك في المقام الأول من الستاتور والدوار ، مع مغناطيس دائم مثبت على الدوار وملفوفات الجهاز المثبت على الستاتور.عندما يتدفق التيار من خلال الملفوفات ستاتور، يتفاعل المجال الكهرومغناطيسي الناتج مع مجال المغناطيس الدائم لإنتاج عزم الدوران الذي يدفع دوران المحرك.

بناءً على تكوينات تركيب المغناطيس ، يمكن تصنيف PMMs إلى عدة أنواع رئيسية:

• أجهزة PMM المثبتة على السطح (SPM):يتم تركيب المغناطيس مباشرة على سطح الدوار. يواجه هذا التصميم البسيط والفعال من حيث التكلفة قيودًا في التطبيقات عالية السرعة بسبب القوى الطائرة التي تؤثر على المغناطيس.
• جهاز PMM الداخلي (IPM):يتم تضمين المغناطيسات داخل الدوار ، مما يوفر قوة ميكانيكية أفضل وقدرة سرعة أعلى.يمكن لـ IPM استخدام عزم دوران عدم الرغبة من خلال تصميم دائرة مغناطيسية محسّنة لتحسين كثافة الطاقة والكفاءة.
• الـ PMM المتمركزة:يتميز بلفات الستاتور المركزة حول الأسنان الفردية ، مما يقلل من مقاومة التلف والحثية لتحسين الكفاءة وكثافة الطاقة.
• PMM التدفق الإشعاعي:النوع الأكثر شيوعًا مع حقول مغناطيسية عمودية على محور العمود ، تستخدم على نطاق واسع في التطبيقات الصناعية والنقل.
• PMM تدفق المحوري:يحتوي على حقول مغناطيسية متوازية مع محور العمود ، مما يوفر تصاميم صغيرة مثالية لتطبيقات محدودة في المساحة.

وتشمل المكونات الرئيسية لـ PMM:

• مغناطيس دائم:المكون الأساسي الذي يوفر حقول مغناطيسية مستقرة، عادة ما تكون مصنوعة من مواد النيوديميوم والحديد والبورون (NdFeB) ، الساماريوم والكوبالت (SmCo) ، أو الفيرريت.
• ملفات الستاتور:الملفات النحاسية أو الألومنيومية التي تولد عزم الكهرومغناطيسي.
• قلوب الدوار والستاتور:طبقات الصلب السيليكونية التي تكمل الدائرة المغناطيسية.
• محامل:دعم الدوار للعمل بسلاسة.
• السكن:يحمي المكونات الداخلية و يوفر التبديد الحراري

• كفاءة عالية:القضاء على تيار الإثارة يقلل بشكل كبير من خسائر الطاقة ، وهو مفيد بشكل خاص في ظروف الحمل الجزئي.
• كثافة طاقة عالية:يوفر طاقة كبيرة في عوامل الشكل المدمجة، مثالية للسيارات الكهربائية والروبوتات.
• أداء ممتاز في السرعة المنخفضة:يوفر عزم دوران مستقر عند سرعات منخفضة، مناسبة لأنظمة الخدمة وتوربينات الرياح.
• رد سريع:الحثالة المنخفضة تمكن الأداء الديناميكي السريع للروبوتات وأجهزة CNC.
• هيكل مضغوطالقضاء على طيات الإثارة وحلقات الانزلاق يقلل من الحجم والوزن.
• ضوضاء منخفضة:التحكم في التيار الصيني الموجة والتصميم الميكانيكي الأمثل تقلل من الضوضاء التشغيلية.

• قيود السرعة:المجال الكهرومغناطيسي الخلفي عند السرعات العالية يقترب من فولتاج إمدادات المحول، مما يحد من فعالية التحكم في التيار.
• قيود إضعاف الحقل:محركات IPM التي تستخدم تقنيات إضعاف المجال تواجه حدود محددة للسرعة العملية (نسبة 4: 1) وزيادة الخسائر.
• إدارة الأخطاء:يمكن أن يسبب المجال الكهرومغناطيسي الخلفي الداخلي تدفقًا مستمرًا للتيار خلال الأخطاء ، مما يخلق مخاطر السلامة.
• حساسية الحرارة:درجات الحرارة العالية قد تسبب إزالة المغناطيسية (باستثناء مغناطيسات الكوبالت الأرضية النادرة).
• المقاومة الميكانيكية:التشغيل عالي السرعة يخاطر بفصل المغناطيس بسبب القوى الطائرة المركزية.
• الصيانة وإعادة التدوير:متطلبات تفكيك معقدة وعمليات إعادة تدوير متخصصة.
• تكلفة أعلى:مواد المغناطيس الدائم تزيد من تكاليف التصنيع بالمقارنة مع المحركات التقليدية.

وتشمل الاعتبارات الرئيسية نطاق السرعة، ومتطلبات عزم الدوران/القوة، وأهداف الكفاءة، والظروف البيئية، وقيود الحجم، والميزانية، واحتياجات الموثوقية، ومنهجية التحكم،ومتطلبات الحماية.

الاختيار بين SPM (سرعة منخفضة ، حساسة للتكلفة) ، IPM (سرعة عالية ، كثيفة الطاقة) ، التلف المركز (كفاءة عالية) ، أو تصاميم التدفق المحوري (المساحة المقيدة) بناءً على أولويات التطبيق.

اختيار NdFeB لأقصى أداء (تسامح درجة الحرارة المحدودة) ، SmCo لتطبيقات درجة الحرارة العالية، أو الفيريت للاستخدامات الحساسة للتكلفة.

وتشمل التقنيات المتقدمة تحسين الدوائر المغناطيسية، والحد من عزم الدوران، وتحسينات تصميم التلف، وتحسينات الإدارة الحرارية.

تشمل الخيارات التحكم الموجه إلى الميدان (دقة عالية) ، التحكم المباشر في عزم الدوران (استجابة سريعة) ، أو التحكم بدون أجهزة استشعار (التوفير في التكلفة / المساحة).

تنفيذ نظام حماية من التيار الزائد، والجهد الزائد، والحرارة الزائدة، والدائرة القصيرة، والإيقاف.

التصميم للاستعمال واستعادة المواد في نهاية حياتها أثناء الاختيار الأولي.

• المركبات الكهربائية:مكونات الدفع الأساسية التي تستفيد من الكفاءة العالية وكثافة الطاقة.
• الأتمتة الصناعية:أنظمة الخدمة، الروبوتات، والآلات CNC التي تتطلب الدقة والموثوقية.
• الفضاء الجويأنظمة الطائرات والطائرات بدون طيار التي تحتاج إلى حلول خفيفة الوزن عالية الأداء.
• الأجهزة المنزلية:طاقة فعالة، تشغيل هادئ لـ HVAC والسلع البيضاء.
• الطاقة المتجددة:توليدات الطاقة الهيدروليكية والرياح التي تتطلب تحويل الطاقة بشكل دائم وفعال.

المحركات المغناطيسية الدائمة تمثل حل عالية الأداء مع تطبيق واسع في جميع الصناعات.التنفيذ الناجح يتطلب فهمًا شاملًا لقدراتها وحدودهامن خلال معالجة التحديات التقنية من خلال الاختيار السليم، وتحسين التصميم، واستراتيجيات التحكم،يمكن للمهندسين الاستفادة الكاملة من مزايا PMM مع تخفيف المخاطر المحتملة.