Γιατί οι σύγχρονοι κινητήρες μόνιμου μαγνήτη γίνονται οι κύριοι κινητήρες κίνησης;

Γιατί οι σύγχρονοι κινητήρες μόνιμου μαγνήτη γίνονται οι κύριοι κινητήρες κίνησης;

Ο ηλεκτροκινητήρας μπορεί να μετατρέψει την ηλεκτρική ενέργεια σε μηχανική ενέργεια και να μεταφέρει τη μηχανική ενέργεια στους τροχούς μέσω του συστήματος μετάδοσης κίνησης για την κίνηση του οχήματος. Είναι ένα από τα βασικά συστήματα κίνησης των οχημάτων νέας ενέργειας. Προς το παρόν, οι κινητήρες κίνησης που χρησιμοποιούνται συνήθως σε οχήματα νέας ενέργειας είναι κυρίως σύγχρονοι κινητήρες μόνιμου μαγνήτη και ασύγχρονοι κινητήρες εναλλασσόμενου ρεύματος. Τα περισσότερα οχήματα νέας ενέργειας χρησιμοποιούν σύγχρονους κινητήρες μόνιμου μαγνήτη. Αντιπροσωπευτικές αυτοκινητοβιομηχανίες περιλαμβάνουν τις BYD, Li Auto, κ.λπ. Ορισμένα οχήματα χρησιμοποιούν ασύγχρονους κινητήρες εναλλασσόμενου ρεύματος. Οι ηλεκτροκινητήρες αντιπροσωπεύουν αυτοκινητοβιομηχανίες όπως η Tesla και η Mercedes-Benz.

Ένας ασύγχρονος κινητήρας αποτελείται κυρίως από έναν ακίνητο στάτορα και έναν περιστρεφόμενο ρότορα. Όταν η περιέλιξη του στάτορα είναι συνδεδεμένη στην παροχή εναλλασσόμενου ρεύματος, ο ρότορας θα περιστρέφεται και θα παράγει ισχύ. Η κύρια αρχή είναι ότι όταν η περιέλιξη του στάτορα ενεργοποιείται (εναλλασσόμενο ρεύμα), θα σχηματίσει ένα περιστρεφόμενο ηλεκτρομαγνητικό πεδίο και η περιέλιξη του ρότορα είναι ένας κλειστός αγωγός που κόβει συνεχώς τις μαγνητικές επαγωγικές γραμμές του στάτορα στο περιστρεφόμενο μαγνητικό πεδίο του στάτορα. Σύμφωνα με τον νόμο του Faraday, όταν ένας κλειστός αγωγός κόβει τη μαγνητική επαγωγική γραμμή, θα δημιουργηθεί ένα ρεύμα και το ρεύμα θα δημιουργήσει ένα ηλεκτρομαγνητικό πεδίο. Αυτή τη στιγμή, υπάρχουν δύο ηλεκτρομαγνητικά πεδία: το ένα είναι το ηλεκτρομαγνητικό πεδίο του στάτορα που συνδέεται με το εξωτερικό εναλλασσόμενο ρεύμα και το άλλο παράγεται κόβοντας την ηλεκτρομαγνητική επαγωγική γραμμή του στάτορα. Ηλεκτρομαγνητικό πεδίο ρότορα. Σύμφωνα με τον νόμο του Lenz, το επαγόμενο ρεύμα θα αντιστέκεται πάντα στην αιτία του επαγόμενου ρεύματος, δηλαδή, προσπαθεί να εμποδίσει τους αγωγούς του ρότορα να κόψουν τις μαγνητικές επαγωγικές γραμμές του περιστρεφόμενου μαγνητικού πεδίου του στάτορα. Το αποτέλεσμα είναι: οι αγωγοί του ρότορα θα "προφτάσουν" τους αγωγούς του στάτορα. Το περιστρεφόμενο ηλεκτρομαγνητικό πεδίο σημαίνει ότι ο ρότορας κυνηγά το περιστρεφόμενο μαγνητικό πεδίο του στάτορα και τελικά ο κινητήρας αρχίζει να περιστρέφεται. Κατά τη διάρκεια της διαδικασίας, η ταχύτητα περιστροφής του ρότορα (n2) και η ταχύτητα περιστροφής του στάτορα (n1) είναι εκτός συγχρονισμού (η διαφορά ταχύτητας είναι περίπου 2-6%). Επομένως, ονομάζεται ασύγχρονος κινητήρας εναλλασσόμενου ρεύματος. Αντίθετα, εάν η ταχύτητα περιστροφής είναι η ίδια, ονομάζεται σύγχρονος κινητήρας.

Ο σύγχρονος κινητήρας μόνιμου μαγνήτη είναι επίσης ένας τύπος κινητήρα εναλλασσόμενου ρεύματος. Ο ρότορας του είναι κατασκευασμένος από χάλυβα με μόνιμους μαγνήτες. Όταν ο κινητήρας λειτουργεί, ο στάτορας ενεργοποιείται για να δημιουργήσει ένα περιστρεφόμενο μαγνητικό πεδίο που ωθεί τον ρότορα να περιστραφεί. «Συγχρονισμός» σημαίνει ότι η περιστροφή του ρότορα κατά τη λειτουργία σταθερής κατάστασης συγχρονίζεται με την ταχύτητα περιστροφής του μαγνητικού πεδίου. Οι σύγχρονοι κινητήρες μόνιμου μαγνήτη έχουν υψηλότερη αναλογία ισχύος προς βάρος, είναι μικρότεροι σε μέγεθος, ελαφρύτεροι σε βάρος, έχουν μεγαλύτερη ροπή εξόδου και έχουν εξαιρετική οριακή ταχύτητα και απόδοση πέδησης. Επομένως, οι σύγχρονοι κινητήρες μόνιμου μαγνήτη έχουν γίνει ο πιο ευρέως χρησιμοποιούμενος ηλεκτρικός κινητήρας σήμερα. Ωστόσο, όταν το υλικό του μόνιμου μαγνήτη υπόκειται σε κραδασμούς, υψηλή θερμοκρασία και ρεύμα υπερφόρτωσης, η μαγνητική του διαπερατότητα μπορεί να μειωθεί ή μπορεί να εμφανιστεί απομαγνήτιση, η οποία μπορεί να μειώσει την απόδοση του κινητήρα μόνιμου μαγνήτη. Επιπλέον, οι σύγχρονοι κινητήρες μόνιμου μαγνήτη σπάνιων γαιών χρησιμοποιούν υλικά σπάνιων γαιών και το κόστος κατασκευής δεν είναι σταθερό.

Σε σύγκριση με τους σύγχρονους κινητήρες μόνιμου μαγνήτη, οι ασύγχρονοι κινητήρες πρέπει να απορροφούν ηλεκτρική ενέργεια για διέγερση κατά τη λειτουργία τους, κάτι που θα καταναλώσει ηλεκτρική ενέργεια και θα μειώσει την απόδοση του κινητήρα. Οι κινητήρες μόνιμου μαγνήτη είναι πιο ακριβοί λόγω της προσθήκης μόνιμων μαγνητών.

Τα μοντέλα που επιλέγουν ασύγχρονους κινητήρες AC τείνουν να δίνουν προτεραιότητα στην απόδοση και να εκμεταλλεύονται τα πλεονεκτήματα απόδοσης και αποδοτικότητας των ασύγχρονων κινητήρων AC σε υψηλές ταχύτητες. Το αντιπροσωπευτικό μοντέλο είναι το πρώιμο Model S. Κύρια χαρακτηριστικά: Όταν το αυτοκίνητο κινείται με υψηλή ταχύτητα, μπορεί να διατηρήσει λειτουργία υψηλής ταχύτητας και αποτελεσματική χρήση ηλεκτρικής ενέργειας, μειώνοντας την κατανάλωση ενέργειας διατηρώντας παράλληλα τη μέγιστη ισχύ εξόδου.

Τα μοντέλα που επιλέγουν σύγχρονους κινητήρες μόνιμου μαγνήτη τείνουν να δίνουν προτεραιότητα στην κατανάλωση ενέργειας και να αξιοποιούν την απόδοση και την αποτελεσματική λειτουργία των σύγχρονων κινητήρων μόνιμου μαγνήτη σε χαμηλές ταχύτητες, καθιστώντας τα κατάλληλα για μικρά και μεσαία αυτοκίνητα. Τα χαρακτηριστικά του είναι το μικρό μέγεθος, το ελαφρύ βάρος και η εκτεταμένη διάρκεια ζωής της μπαταρίας. Ταυτόχρονα, έχει καλή απόδοση ρύθμισης ταχύτητας και μπορεί να διατηρήσει υψηλή απόδοση όταν αντιμετωπίζει επαναλαμβανόμενες εκκινήσεις, στάσεις, επιταχύνσεις και επιβραδύνσεις.

Οι σύγχρονοι κινητήρες μόνιμου μαγνήτη κυριαρχούν. Σύμφωνα με στατιστικά στοιχεία από τη «Μηνιαία βάση δεδομένων αλυσίδας βιομηχανίας οχημάτων νέας ενέργειας» που δημοσιεύθηκαν από το Ινστιτούτο Προηγμένης Βιομηχανικής Έρευνας (GGII), η εγχώρια εγκατεστημένη ισχύς κινητήρων κίνησης οχημάτων νέας ενέργειας από τον Ιανουάριο έως τον Αύγουστο του 2022 ήταν περίπου 3,478 εκατομμύρια μονάδες, σημειώνοντας ετήσια αύξηση 101%. Μεταξύ αυτών, η εγκατεστημένη ισχύς των σύγχρονων κινητήρων μόνιμου μαγνήτη ήταν 3,329 εκατομμύρια μονάδες, σημειώνοντας ετήσια αύξηση 106%, ενώ η εγκατεστημένη ισχύς των ασύγχρονων κινητήρων AC ήταν 1,295 εκατομμύρια μονάδες, σημειώνοντας ετήσια αύξηση 22%.

Οι σύγχρονοι κινητήρες μόνιμου μαγνήτη έχουν γίνει οι κύριοι κινητήρες κίνησης στην αγορά αμιγώς ηλεκτρικών επιβατικών αυτοκινήτων.

Κρίνοντας από την επιλογή κινητήρων για τα mainstream μοντέλα στην εγχώρια και στο εξωτερικό, τα νέα ενεργειακά οχήματα που λανσάρονται από τις εγχώριες SAIC Motor, Geely Automobile, Guangzhou Automobile, BAIC Motor, Denza Motors, κ.λπ. χρησιμοποιούν όλα σύγχρονους κινητήρες μόνιμου μαγνήτη. Οι σύγχρονοι κινητήρες μόνιμου μαγνήτη χρησιμοποιούνται κυρίως στην Κίνα. Πρώτον, επειδή οι σύγχρονοι κινητήρες μόνιμου μαγνήτη έχουν καλή απόδοση χαμηλής ταχύτητας και υψηλή απόδοση μετατροπής, κάτι που είναι πολύ κατάλληλο για σύνθετες συνθήκες εργασίας με συχνές εκκινήσεις και στάσεις στην αστική κυκλοφορία. Δεύτερον, λόγω των μόνιμων μαγνητών νεοδυμίου σιδήρου-βορίου στους σύγχρονους κινητήρες μόνιμου μαγνήτη. Τα υλικά απαιτούν τη χρήση πόρων σπάνιων γαιών και η χώρα μου έχει το 70% των πόρων σπάνιων γαιών στον κόσμο και η συνολική παραγωγή μαγνητικών υλικών NdFeB φτάνει το 80% του κόσμου, επομένως η Κίνα είναι πιο πρόθυμη να χρησιμοποιήσει σύγχρονους κινητήρες μόνιμου μαγνήτη.

Οι ξένες εταιρείες Tesla και BMW χρησιμοποιούν σύγχρονους κινητήρες μόνιμου μαγνήτη και ασύγχρονους κινητήρες AC για να αναπτύξουν από κοινού. Από την άποψη της δομής εφαρμογής, ο σύγχρονος κινητήρας μόνιμου μαγνήτη είναι η κύρια επιλογή για οχήματα νέας ενέργειας.

Το κόστος των υλικών μόνιμου μαγνήτη αντιπροσωπεύει περίπου το 30% του κόστους των σύγχρονων κινητήρων μόνιμου μαγνήτη. Οι πρώτες ύλες για την κατασκευή σύγχρονων κινητήρων μόνιμου μαγνήτη περιλαμβάνουν κυρίως νεοδύμιο σίδηρο-βόριο, φύλλα πυριτίου-χάλυβα, χαλκό και αλουμίνιο. Μεταξύ αυτών, το υλικό μόνιμου μαγνήτη νεοδύμιο σίδηρο-βόριο χρησιμοποιείται κυρίως για την κατασκευή μόνιμων μαγνητών ρότορα, και η σύνθεση κόστους είναι περίπου 30%. Τα φύλλα πυριτίου-χάλυβα χρησιμοποιούνται κυρίως για την κατασκευή προσαρμοσμένων υλικών. Η σύνθεση κόστους του πυρήνα του ρότορα είναι περίπου 20%, η σύνθεση κόστους της περιέλιξης του στάτη είναι περίπου 15%, η σύνθεση κόστους του άξονα του κινητήρα είναι περίπου 5% και η σύνθεση κόστους του κελύφους του κινητήρα είναι περίπου 15%.

Γιατί είναιΚινητήρες μόνιμου μαγνήτη OSG με κοχλιωτό αεροσυμπιεστήπιο αποτελεσματικό;

Ο σύγχρονος κινητήρας μόνιμου μαγνήτη αποτελείται κυρίως από εξαρτήματα στάτορα, ρότορα και κελύφους. Όπως και οι συνηθισμένοι κινητήρες εναλλασσόμενου ρεύματος, ο πυρήνας του στάτορα έχει μια ελασματοποιημένη δομή για τη μείωση των απωλειών σιδήρου λόγω των φαινομένων δινορρευμάτων και υστέρησης όταν ο κινητήρας λειτουργεί. Οι περιελίξεις είναι επίσης συνήθως τριφασικές συμμετρικές δομές, αλλά η επιλογή παραμέτρων είναι αρκετά διαφορετική. Το μέρος του ρότορα έχει διάφορες μορφές, συμπεριλαμβανομένου ενός ρότορα μόνιμου μαγνήτη με κλωβό εκκίνησης και ενός ενσωματωμένου ή επιφανειακά τοποθετημένου ρότορα μόνιμου μαγνήτη. Ο πυρήνας του ρότορα μπορεί να κατασκευαστεί σε συμπαγή δομή ή να ελασματοποιηθεί. Ο ρότορας είναι εξοπλισμένος με υλικό μόνιμου μαγνήτη, το οποίο συνήθως ονομάζεται μαγνήτης.

Υπό κανονική λειτουργία του κινητήρα μόνιμου μαγνήτη, τα μαγνητικά πεδία του ρότορα και του στάτη βρίσκονται σε σύγχρονη κατάσταση. Δεν υπάρχει επαγόμενο ρεύμα στο τμήμα του ρότορα και δεν υπάρχει απώλεια χαλκού, υστέρηση ή απώλεια δινορευμάτων. Δεν χρειάζεται να ληφθεί υπόψη το πρόβλημα της απώλειας και της θέρμανσης του ρότορα. Γενικά, ο κινητήρας μόνιμου μαγνήτη τροφοδοτείται από έναν ειδικό μετατροπέα συχνότητας και φυσικά έχει λειτουργία ομαλής εκκίνησης. Επιπλέον, ο κινητήρας μόνιμου μαγνήτη είναι ένας σύγχρονος κινητήρας, ο οποίος έχει το χαρακτηριστικό της ρύθμισης του συντελεστή ισχύος μέσω της έντασης της διέγερσης, έτσι ώστε ο συντελεστής ισχύος να μπορεί να σχεδιαστεί σε μια καθορισμένη τιμή.

Από την αρχική άποψη, λόγω του γεγονότος ότι ο κινητήρας μόνιμου μαγνήτη ξεκινά από μια τροφοδοσία μεταβλητής συχνότητας ή έναν υποστηρικτικό μετατροπέα, η διαδικασία εκκίνησης του κινητήρα μόνιμου μαγνήτη είναι πολύ εύκολη. Είναι παρόμοια με την εκκίνηση ενός κινητήρα μεταβλητής συχνότητας και αποφεύγει τα ελαττώματα εκκίνησης των συνηθισμένων ασύγχρονων κινητήρων κλουβιού.

Εν ολίγοις, η απόδοση και ο συντελεστής ισχύος των κινητήρων μόνιμου μαγνήτη μπορούν να φτάσουν πολύ υψηλά, η δομή είναι πολύ απλή και η αγορά είναι πολύ ζεστή τα τελευταία δέκα χρόνια.

Ωστόσο, η απώλεια διέγερσης είναι ένα αναπόφευκτο πρόβλημα στους κινητήρες μόνιμου μαγνήτη. Όταν το ρεύμα είναι πολύ μεγάλο ή η θερμοκρασία είναι πολύ υψηλή, η θερμοκρασία των περιελίξεων του κινητήρα θα αυξηθεί ακαριαία, το ρεύμα θα αυξηθεί απότομα και οι μόνιμοι μαγνήτες θα χάσουν γρήγορα τη διέγερση. Στον έλεγχο του κινητήρα μόνιμου μαγνήτη, έχει ρυθμιστεί μια συσκευή προστασίας από υπερένταση για να αποφευχθεί το πρόβλημα καύσης της περιέλιξης του στάτη του κινητήρα, αλλά η επακόλουθη απώλεια διέγερσης και η διακοπή λειτουργίας του εξοπλισμού είναι αναπόφευκτες.