Файл: Экзамен.docx

5. Формирование магнитной текстуры в литых многополюсных анизотропных магнитопластах.

Применяемые для электрических моторов постоянные магниты - сплошные РЗМ магнитопласты, представляют собой многополюсные цельнолитые кольца (рис. 5). Далее будем рассматривать магнитопласты только такой формы.

Рис. 6. Многополюсный сплошной ( литой) кольцевой магнитопласт. Число пар полюсов 2 р =24.

В производстве литых магнитопластов используются пресс - формы, типичные для ЛПД обычных термопластичных масс, за исключением особенности, состоящей в том, что в формообразующей полости пресс - формы действует постоянное магнитное поле нужной конфигурации, создаваемое электромагнитами – составной частью пресс - формы. При этом соответствующие части пресс - формы выполняются из немагнитных, износостойких материалов. В момент впрыска композиции, под действием магнитного поля пресс - формы, HDDR- порошинки ориентируются (разворачиваются) в расплавленном полимере осями наилегчайшего намагничивания параллельно силовым линиям этого поля. После застывания полимерной матрицы, намагниченные порошинки сохраняют свою ориентацию, образуя текстуру. Текстурирование материала возможно благодаря анизотропии магнитных свойств наполнителя - HDDR- порошка. Наилучшее текстурирование достигается при сочетании накладываемых переменного магнитного поля в момент впрыска композиции в пресс - форму и последующего постоянного магнитного поля до застывания композиции.

При производстве анизотропного, многополюсного, литого магнитопласта, необходимо, чтобы в полости пресс - формы могло действовать магнитное поле, такой конфигурации (рис. 6 а), которое бы формировало текстуру и число пар полюсов, как и в конечном магнитопласте (рис. 6 б и 6 в).

Рис. 7. Конфигурация магнитного поля в формообразующей полости пресс - формы - изображена кривыми линиями.

На фотографии (рис. 6 б) изображена часть многополюсного, анизотропного магнитопласта (см. рис. 20), представляющая собой сектор с плоскостью скола, проходящей по « границе » полюсов. Текстура материала имеет криволинейную конфигурацию (как и в полости пресс - формы). Криволинейной текстура характерна только для литых, анизотропных магнитопластов.

Рис. 20. Литой анизотропный 16- ти полюсный магнитопласт Nd-Fe-B, на стальном сердечнике ( арматуре). На рабочей ( боковой) поверхности лежит пленка - визуализатор границполюсов. Ручкой показана одна из таких границ между –N- и –S-.

Мысленно вырежем из кольцевого магнитопласта - сегмент, представляющий собой двухполюсной магнит (2p=1).

Рис. 7. Криволинейная текстура в отдельно вырезанном сегменте из анизотропного многополюсного кольцевого магнитопласта.

Рис. 8. Текстура в секторе спеченного анизотропного магнита.

Мертвая зона Мертвая зона. Рис. 9. Образование "мертвых зон" в кольцевом многополюсном анизотропном магнитопласте.

Мертвая зона Мертвая зона. Рис. 10. Образование "мертвых зон" в кольцевой системе из спеченных рзм магнитов.

Из схемы на рис. 7 видно, что криволинейная магнитная текстура анизотропного, многополюсного магнитопласта, влияет на густоту линий поля по внешней и внутренней поверхностям кольца. На внутренней поверхности кольца, вблизи центра полюса происходит сгущение линий магнитной индукции, следовательно, увеличивается поток. Вблизи внешней поверхности полюса этот эффект менее выражен. На рис. 8 схематично изображен постоянный спеченный магнит в виде сектора, такой же формы что и на рис. 7. Явного сгущения линий магнитной индукции в центре внутреннего полюса спеченного РЗМ магнита не наблюдается.

Если собрать из спеченных секторных магнитов - кольцевую многополюсную систему, с чередующимися полюсами (...-N-S-N-S-...), то в местах стыка (см. рис. 10) магнитов, неизбежно образуются " мертвые зоны " - области сложения встречных магнитных полей, в результате чего эти области не участвуют в создании магнитного поля системы. В анизотропных магнитопластах напротив, внутренняя криволинейная текстура, имеет конфигурацию такой формы, что магнитная текстура одного полюса, переходит в соседний непрерывно по криволинейной траектории (рис. 9). Таким образом, соседние полюса на одной поверхности являются, в некотором роде, постоянным магнитом с...-N-S-... полюсами. Мертвые зоны в таком магнитопласте имеют незначительные размеры и, следовательно, использование материала в системе является более эффективным.

6. Применение многополюсных магнитопластов в электрических машинах.

К современным электродвигателям предъявляются такие высокие требования как:

- точность позиционирования,

- стабильность скорости,

- широкий диапазон регулирования,

- стабилизация момента,

- перегрузочная способность,

- высокая динамика.

Перечисленных выше качеств можно добиваться с использованием, либо двигателей

постоянного тока независимого возбуждения, либо асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором, либо синхронных двигателей с возбуждением от постоянных магнитов. Из трех вариантов двигателей, синхронный двигатель с постоянными магнитами имеет наименьшую массу (см. табл. 3).

Табл. 3. Сравнительные характеристики электродвигателей .

Благодаря высокому максимальному моменту и малому моменту инерции, синхронный двигатель имеет весьма малое время разгона вхолостую. Это позволяет рекомендовать его для динамичных электроприводов, исполнительный орган которых имеет небольшой момент инерции, а также в тех случаях, когда электропривод монтируется непосредственно на перемещающемся исполнительном органе. Синхронные двигатели с постоянными магнитами находят все более широкое применение в сервоприводах.

Ротор синхронного двигателя, как правило, состоит из вала, магнитопровода - шихтованного пакета стали, приклееных керамических РЗМ магнитов в виде четырех секторов (см. рис. 11). Изготовление такого ротора связано с большими трудо - и энергозатратами, поскольку каждый сектор должен быть изготовлен с высокой точностью, сборка ротора склеиванием подразумевает использование ручного труда, кроме того, во избежание биений нужна дополнительная балансировка и окончательная шлифовка рабочей поверхности с последующим бандажированием, предотвращающим ротор от разрушения на высоких оборотах.

Рис. 11. Типовая схема ротора синхронного двигателя из спеченных магнитов Nd-Fe-B, в виде секторов ( внизу ).

Рис. 12. Типовая схема ротора синхронного двигателя из цельнолитого магнитопласта ENBI-10A.

Эти трудности усугубляются при увеличении числа пар полюсов от 4 до 120 и более. Избежать этих трудностей можно, применив взамен спеченных магнитов – цельнолитые анизотропные РЗМ магнитопласты. Например, японские производители электрических моторов с постоянными магнитами, используют многополюстые магнитопласты.