มอเตอร์แม่เหล็กถาวรชนิดหายากเป็นมอเตอร์แม่เหล็กถาวรชนิดใหม่ที่ปรากฏในช่วงต้นทศวรรษ 1970
เนื่องจากคุณสมบัติทางแม่เหล็กที่ยอดเยี่ยมของวัสดุแม่เหล็กถาวรชนิดธาตุหายาก จึงสามารถสร้างสนามแม่เหล็กถาวรที่แข็งแกร่งโดยไม่ต้องใช้พลังงานจากภายนอกหลังจากการทำให้เป็นแม่เหล็ก
มอเตอร์แม่เหล็กถาวรชนิดหายากของโลกไม่เพียงแต่มีประสิทธิภาพสูงเท่านั้น แต่ยังมีโครงสร้างที่เรียบง่ายและการทำงานที่เชื่อถือได้อีกด้วยนอกจากนี้ยังสามารถมีขนาดเล็กและน้ำหนักเบา
ผลิตเป็นมอเตอร์พิเศษที่สามารถตอบสนองความต้องการในการใช้งานเฉพาะ เช่น มอเตอร์ลากลิฟต์ มอเตอร์พิเศษสำหรับรถยนต์ เป็นต้น
การผสมผสานระหว่างมอเตอร์แม่เหล็กถาวรชนิดหายากกับเทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์กำลังและเทคโนโลยีการควบคุมไมโครคอมพิวเตอร์ได้ปรับปรุงประสิทธิภาพของมอเตอร์และระบบส่งกำลังไปสู่ระดับใหม่
การปรับปรุงประสิทธิภาพและระดับของอุปกรณ์ทางเทคนิคที่รองรับเป็นทิศทางการพัฒนาที่สำคัญสำหรับอุตสาหกรรมยานยนต์ในการปรับโครงสร้างอุตสาหกรรม
มอเตอร์แม่เหล็กถาวรหายากของโลกถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในเกือบทุกสาขาการบิน การบินและอวกาศ การป้องกันประเทศ การผลิตอุปกรณ์ การผลิตภาคอุตสาหกรรมและการเกษตร และในชีวิตประจำวัน
ประกอบด้วยมอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวร เครื่องกำเนิดแม่เหล็กถาวร มอเตอร์ DC มอเตอร์ DC แบบไร้แปรงถ่าน เซอร์โวมอเตอร์แม่เหล็กถาวร AC มอเตอร์เชิงเส้นแม่เหล็กถาวร มอเตอร์แม่เหล็กถาวรพิเศษ และระบบควบคุมที่เกี่ยวข้อง ซึ่งครอบคลุมอุตสาหกรรมมอเตอร์เกือบทั้งหมด
เมื่อวันที่ 22 พฤศจิกายน พ.ศ. 2564 กระทรวงอุตสาหกรรมและเทคโนโลยีสารสนเทศและหน่วยงานกำกับดูแลตลาดแห่งรัฐได้ร่วมกันออก "แผนปรับปรุงประสิทธิภาพพลังงานของยานยนต์ (พ.ศ. 2564-2566)" โดยเสนอว่าภายในปี พ.ศ. 2566 ผลผลิตประสิทธิภาพสูงและพลังงานประจำปี - มอเตอร์ประหยัดพลังงานจะสูงถึง 170 ล้านกิโลวัตต์ และสัดส่วนของมอเตอร์ประสิทธิภาพสูงและประหยัดพลังงานในการให้บริการจะสูงถึงกว่า 20% และการประหยัดไฟฟ้าต่อปีอยู่ที่ 49 พันล้านกิโลวัตต์ชั่วโมง
เอกสารระบุอย่างชัดเจนว่า “สำหรับพัดลม ปั๊ม คอมเพรสเซอร์ เครื่องมือกล และอุปกรณ์อเนกประสงค์อื่นๆ ให้ใช้มอเตอร์ไฟฟ้าที่มีประสิทธิภาพพลังงานระดับ 2 ขึ้นไป
สำหรับเงื่อนไขการทำงานของโหลดแบบแปรผัน ส่งเสริมมอเตอร์แม่เหล็กถาวรความถี่แบบแปรผันที่มีประสิทธิภาพพลังงานระดับ 2 ขึ้นไป”
ตามมาตรฐาน "มอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวร" เวอร์ชันปี 2013 การผลิตมอเตอร์แม่เหล็กถาวรในปัจจุบันมีการกระจายตามช่วงการใช้พลังงานระดับที่หนึ่งและระดับที่สองเมื่อรวมกับ “ขีดจำกัดประสิทธิภาพพลังงานของมอเตอร์และเกรดประสิทธิภาพพลังงาน” (GB 18613-2020) และ “แผนการปรับปรุงประสิทธิภาพพลังงานของมอเตอร์” เฉพาะมอเตอร์แม่เหล็กถาวร NdFeB ที่มีประสิทธิภาพสูงบางรุ่นเท่านั้นที่สามารถเข้าถึงประสิทธิภาพได้มากกว่า 95% ของ มาตรฐานการใช้พลังงานระดับที่หนึ่ง (สอดคล้องกับ IE5) และมอเตอร์แม่เหล็กถาวรชนิด rare-earth ที่เหลืออยู่ในมาตรฐานการใช้พลังงานระดับที่สอง
ปัจจุบัน มอเตอร์แม่เหล็กถาวรชนิดแรร์เอิร์ธสามารถประหยัดพลังงานไฟฟ้าได้มากกว่า 10% และเพิ่มประสิทธิภาพมากกว่า 95%
การใช้มอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวรของธาตุหายาก อัตราการประหยัดพลังงานของพลังงานรีแอกทีฟสามารถสูงถึง 85% และอัตราการประหยัดพลังงานของพลังงานแอคทีฟสามารถสูงถึง 23%~25%ผลการประหยัดพลังงานนั้นน่าทึ่งมาก
ในปี 2020 การถือครองมอเตอร์ของจีนจะอยู่ที่ประมาณ 4 พันล้านกิโลวัตต์ และการใช้พลังงานทั้งหมดจะอยู่ที่ประมาณ 4.8 ล้านล้านกิโลวัตต์ชั่วโมง ซึ่งคิดเป็น 64% ของปริมาณการใช้ไฟฟ้าทั้งหมดของสังคมทั้งหมด
ในหมู่พวกเขา การใช้พลังงานทั้งหมดของมอเตอร์ในเขตอุตสาหกรรมจะอยู่ที่ 3.84 ล้านล้านกิโลวัตต์ชั่วโมง คิดเป็น 75% ของการใช้ไฟฟ้าในภาคอุตสาหกรรม ทุกๆ 1% ที่เพิ่มประสิทธิภาพในการใช้พลังงานของมอเตอร์ในเขตอุตสาหกรรมสามารถประหยัดพลังงานไฟฟ้าได้ประมาณ 38.4 พันล้านกิโลวัตต์ชั่วโมง ต่อปี และประสิทธิภาพการใช้พลังงานที่เพิ่มขึ้น 3% เทียบเท่ากับการผลิตไฟฟ้าต่อปีของ Three Gorges
สภาแห่งรัฐออก “แผนปฏิบัติการคาร์บอนพีคปี 2030” ซึ่งมุ่งเน้นการส่งเสริมการอนุรักษ์พลังงานและเพิ่มประสิทธิภาพของอุปกรณ์ที่ใช้พลังงานหลัก โดยเน้นที่มอเตอร์ พัดลม ปั๊ม คอมเพรสเซอร์ หม้อแปลง เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน หม้อไอน้ำอุตสาหกรรม และอุปกรณ์อื่น ๆ เพื่อ ปรับปรุงมาตรฐานประสิทธิภาพพลังงานอย่างครอบคลุม
(เป็นไปตามมาตรฐานระดับที่สองของมาตรฐานประสิทธิภาพพลังงานของมอเตอร์ใหม่)ในเดือนพฤษภาคม 2020 จีนประกาศมาตรฐานประสิทธิภาพพลังงานของมอเตอร์ล่าสุด “GB18613-2020 Motor Energy Efficiency Limits and Energy Efficiency Grades” ซึ่งเป็นมาตรฐานที่บังคับใช้อย่างเป็นทางการในวันที่ 1 มิถุนายน 2021 และมอเตอร์ประหยัดพลังงานต่ำกว่า IE3 (มาตรฐานสากล) ถูกบังคับใช้ เพื่อหยุดการผลิต
ประเภทมอเตอร์ ได้แก่ มอเตอร์แบบอะซิงโครนัสสามเฟส มอเตอร์แม่เหล็กถาวรชนิดหายากของโลก เป็นต้น มอเตอร์แบบอะซิงโครนัสแบบดั้งเดิมสามารถเพิ่มขึ้นได้โดยการเพิ่มวัสดุ (เพิ่มเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอกของแกนเหล็ก เพิ่มขนาดของช่องสเตเตอร์ เพิ่มน้ำหนักของสายทองแดง และใช้แผ่นเหล็กซิลิกอนที่มีการซึมผ่านของแม่เหล็กได้ดี)
อย่างไรก็ตาม เนื่องจากหลักการทำงานพื้นฐาน จึงเป็นเรื่องยากที่จะปรับปรุงประสิทธิภาพของมอเตอร์แบบอะซิงโครนัสแบบดั้งเดิมตัวอย่างเช่น มอเตอร์ประหยัดพลังงาน IE4 และ IE5 บางตัวชอบใช้โหมดแม่เหล็กถาวร
1) การประหยัดพลังงาน:
แตกต่างจากมอเตอร์แบบอะซิงโครนัส โรเตอร์ของมอเตอร์แม่เหล็กถาวรไม่ต้องการกระแสกระตุ้น และประหยัดพลังงานได้ประมาณ 15%-20%
2) ประสิทธิภาพสูง:
ประสิทธิภาพของมอเตอร์แม่เหล็กถาวรสูงกว่ามอเตอร์ทั่วไป 2-19 เปอร์เซ็นต์
3) มอเตอร์แม่เหล็กถาวรที่หายากมีโครงสร้างที่เรียบง่ายและอัตราความล้มเหลวต่ำ
4) ชีวิตที่ยืนยาว:
โรเตอร์ของมอเตอร์แม่เหล็กถาวรใช้โครงสร้างปิดผนึกแบบฝัง ซึ่งเป็นประโยชน์ในการลดแรงเสียดทานและการเกิดออกซิเดชันระหว่างการหมุน และปรับปรุงความเสถียรและอายุการใช้งานของมอเตอร์ (4) วงจรการกู้คืนของการเปลี่ยนมอเตอร์แม่เหล็กถาวรของโลกที่หายากอยู่ที่ประมาณ 1- 2 ปีและผลประโยชน์ทางเศรษฐกิจนั้นชัดเจนจริงๆ
4. ความแตกต่างระหว่างมอเตอร์แม่เหล็กถาวรชนิดหายากและมอเตอร์แบบดั้งเดิม
มอเตอร์แม่เหล็กถาวรคือมอเตอร์ซิงโครนัส DC/AC ซึ่งสเตเตอร์เป็นแม่เหล็กถาวรและมีเพียงโรเตอร์เท่านั้นที่เป็นขดลวดสเตเตอร์ของมอเตอร์ธรรมดาคือขดลวด (แม่เหล็กไฟฟ้า)
หลังจากสร้างมอเตอร์แม่เหล็กถาวรแล้ว จะสามารถรักษาสนามแม่เหล็กไว้ได้โดยไม่ต้องใช้พลังงานจากภายนอกมอเตอร์แบบดั้งเดิมต้องการกระแสไฟฟ้าเพื่อให้มีสนามแม่เหล็ก
มอเตอร์แบบดั้งเดิมจำเป็นต้องขับเคลื่อนกลไกการลดขนาดเพื่อให้ได้แรงบิดสูง ในขณะที่มอเตอร์แม่เหล็กถาวรชนิดหายากสามารถแทนที่กลไกการลดขนาดเพื่อให้ได้ระบบขับเคลื่อนโดยตรง
เมื่อเทียบกับมอเตอร์ทั่วไป มอเตอร์แม่เหล็กถาวรมีความหนาแน่นของพลังงานสูง ซึ่งส่วนใหญ่หมายความว่ามอเตอร์แม่เหล็กถาวรมีขนาดเล็กและผลิตหรือส่งออกพลังงานมาก
เมื่อเทียบกับมอเตอร์ทั่วไป การประหยัดพลังงานสามารถทำได้ถึง 20%-40%โครงสร้างโรเตอร์ของมอเตอร์แม่เหล็กถาวรแตกต่างจากมอเตอร์ทั่วไป
ขั้วแม่เหล็กถาวรถูกติดตั้งบนโรเตอร์ของมอเตอร์แม่เหล็กถาวรขดลวดกระตุ้นถูกติดตั้งบนโรเตอร์ของมอเตอร์ธรรมดา และสนามแม่เหล็กจำเป็นต้องได้รับกระแสไฟฟ้า
เมื่อเทียบกับมอเตอร์ทั่วไป จุดความเร็วใด ๆ จะช่วยประหยัดพลังงาน โดยเฉพาะที่ความเร็วต่ำ
มอเตอร์แม่เหล็กถาวรมีโครงสร้างที่เรียบง่าย
เนื่องจากการใช้แม่เหล็กถาวรประสิทธิภาพสูงเพื่อสร้างสนามแม่เหล็ก สนามแม่เหล็กช่องว่างอากาศของมอเตอร์แม่เหล็กถาวรจึงเพิ่มขึ้นอย่างมากเมื่อเทียบกับมอเตอร์ทั่วไป ในขณะที่ปริมาตรและน้ำหนักของมอเตอร์แม่เหล็กถาวรจะลดลงอย่างมากเมื่อเทียบกับมอเตอร์ทั่วไป .
ขนาดและรูปร่างยังยืดหยุ่นได้การกระตุ้นโรเตอร์แบบไม่ใช้ไฟฟ้าหมายความว่าไม่มีการสูญเสียและความร้อน
ดังนั้น อุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นของมอเตอร์แม่เหล็กถาวรจึงต่ำมาก
เนื่องจากการใช้วัสดุแม่เหล็กถาวรธาตุหายากที่มีประสิทธิภาพสูงเพื่อสร้างสนามแม่เหล็ก อัตราความล้มเหลวจึงต่ำกว่าและการใช้งานเป็นเรื่องปกติมากขึ้น
เนื่องจากขดลวดของโรเตอร์ไม่ทำงานเมื่อมอเตอร์แม่เหล็กถาวรทำงานตามปกติ ขดลวดของโรเตอร์จึงสามารถออกแบบให้ตรงตามข้อกำหนดของแรงบิดเริ่มต้นสูงได้อย่างเต็มที่ เช่น จาก 1.8 เท่าเป็น 2.5 เท่า หรือมากกว่านั้น
อายุการใช้งานของมอเตอร์แม่เหล็กถาวรโดยทั่วไปอยู่ที่ 15-20 ปี และอายุการใช้งานของมอเตอร์ส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับการบำรุงรักษาของผู้ใช้
นอกจากนี้ คุณภาพของสภาพแวดล้อมการใช้งานมอเตอร์แม่เหล็กถาวร และปัจจัยต่างๆ เช่น ไฟฟ้า อำนาจแม่เหล็ก ความร้อน การสั่นสะเทือน และปัจจัยอื่นๆ ที่มอเตอร์ได้รับระหว่างการใช้งานจะส่งผลต่ออายุการใช้งานของซิงโครนัสมอเตอร์แม่เหล็กถาวร!
แม่เหล็กทั่วไปมีอายุการใช้งานเมื่อใช้งานเป็นเวลาหลายปี อำนาจแม่เหล็กจะอ่อนลง แต่คุณสมบัติแม่เหล็กของวัสดุแม่เหล็กถาวร NdFeB เปลี่ยนแปลงน้อยมากตามเวลา และแม่เหล็กถาวรหายากของโลกจะอยู่ภายในอายุการออกแบบของมอเตอร์ (10-20 ปี)
การลดทอนประสิทธิภาพของแม่เหล็กน้อยกว่า 3%ภายใต้การออกแบบมอเตอร์และเทคโนโลยีการควบคุมอิเล็กทรอนิกส์ที่มีอยู่ มีผลกระทบต่อประสิทธิภาพโดยรวมของมอเตอร์เพียงเล็กน้อย
หากการคำนวณการออกแบบมอเตอร์ไม่แม่นยำเพียงพอ และเลือกเกรดที่ต่ำกว่าผิด เช่น ควรเลือกแม่เหล็กถาวร 180°C แต่เลือก 155°C ผิด อาจมีสถานการณ์ดังกล่าว: การทดสอบเริ่มต้น ดัชนีบันทึกของกระบวนการทดสอบนั้นดีมาก เนื่องจากมอเตอร์ค่อยๆ มีแนวโน้มที่จะมีเสถียรภาพทางความร้อน ตัวบ่งชี้ที่เกี่ยวข้องของมอเตอร์เริ่มเสื่อมลง และเบี่ยงเบนไปจากความคาดหวังในการออกแบบมากขึ้นเรื่อยๆในช่วงเวลาหนึ่ง กระแสจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว อินเวอร์เตอร์จะหยุดทำงานอย่างรวดเร็ว และรหัสกระแสเกินจะแสดงขึ้นทดสอบคุณสมบัติการไม่โหลดของมอเตอร์อีกครั้ง แสดงว่ามอเตอร์สูญเสียอำนาจแม่เหล็ก และต้องเปลี่ยนเหล็กแม่เหล็ก
การสูญเสียความเป็นแม่เหล็กเนื่องจากความร้อนสูงเกินไปเป็นหัวข้อที่ละเอียดอ่อน และการลดลงของคุณสมบัติทางแม่เหล็กของแม่เหล็กยังสามารถนำไปสู่ปัญหากระแสไฟเกินและความร้อนสูงเกินไปหากไม่รวมอิทธิพลของคุณสมบัติทางแม่เหล็กของเหล็กแม่เหล็กและพิจารณาเฉพาะปัจจัยทางความร้อนก็สามารถระบุได้ว่ามีสองสถานการณ์ที่ปรากฏการณ์ของการล้างอำนาจแม่เหล็กด้วยความร้อนสูงเกินไปจะเกิดขึ้น ประการแรก เส้นทางการระบายอากาศหมุนเวียนในมอเตอร์คือ ไม่สมเหตุสมผลซึ่งฝ่าฝืนกฎธรรมชาติของการนำความเย็นและความร้อน ส่งผลให้เกิดการสะสมความร้อนเฉพาะที่ประการที่สอง ภาระความร้อนของขดลวดสูงเกินไป และการสร้างความร้อนเกินระดับการแลกเปลี่ยนความร้อนของระบบแลกเปลี่ยนความร้อนของมอเตอร์
เมื่อมอเตอร์กำลังทำงาน เมื่อกระแสโหลดเกินความสามารถในการลดอำนาจแม่เหล็กของแม่เหล็ก มันจะทำให้เกิดการล้างอำนาจแม่เหล็กกลับไม่ได้ซึ่งจะทำให้กระแสโหลดเพิ่มขึ้นและทำให้การล้างอำนาจแม่เหล็กกลับไม่ได้แย่ลงไปอีกการตอบสนองนี้จะเร่งการล้างอำนาจแม่เหล็กกลับคืนไม่ได้จนกระทั่งการล้างอำนาจแม่เหล็ก
การล้างอำนาจแม่เหล็กเกี่ยวข้องกับการเลือกกำลังของมอเตอร์แม่เหล็กถาวรการเลือกกำลังมอเตอร์ PM ที่ถูกต้องสามารถป้องกันหรือชะลอการล้างอำนาจแม่เหล็กได้สาเหตุหลักของการล้างอำนาจแม่เหล็กของมอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวรคืออุณหภูมิสูงเกินไป และการโอเวอร์โหลดเป็นสาเหตุหลักที่ทำให้อุณหภูมิสูงดังนั้นควรเหลือระยะขอบไว้เมื่อเลือกกำลังของมอเตอร์แม่เหล็กถาวรตามสถานการณ์จริงของโหลด โดยทั่วไป ประมาณ 20% จะเหมาะสมกว่า
มอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวรพยายามหลีกเลี่ยงการสตาร์ทโดยตรงหรือการสตาร์ทบ่อยครั้งของโหลดจำนวนมากในระหว่างกระบวนการสตาร์ท แรงบิดเริ่มต้นจะสั่น และในส่วนหุบเขาของแรงบิดเริ่มต้น สนามแม่เหล็กสเตเตอร์จะล้างอำนาจแม่เหล็กของขั้วแม่เหล็กของโรเตอร์ดังนั้น พยายามหลีกเลี่ยงการบรรทุกหนักและการสตาร์ทซิงโครนัสมอเตอร์แบบแม่เหล็กถาวรบ่อยๆ
(1) เพิ่มความหนาของแม่เหล็กถาวรอย่างเหมาะสม:
จากมุมมองของการออกแบบและผลิตมอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวร ควรพิจารณาความสัมพันธ์ระหว่างปฏิกิริยาของกระดอง แรงบิดแม่เหล็กไฟฟ้า และการล้างอำนาจแม่เหล็กถาวร
ภายใต้การทำงานร่วมกันของฟลักซ์แม่เหล็กที่เกิดจากกระแสขดลวดทอร์กและฟลักซ์แม่เหล็กที่เกิดจากขดลวดแรงในแนวรัศมี แม่เหล็กถาวรบนพื้นผิวของโรเตอร์ทำให้เกิดการล้างอำนาจแม่เหล็กได้ง่าย
ภายใต้เงื่อนไขที่ว่าช่องว่างอากาศของมอเตอร์ยังคงไม่เปลี่ยนแปลง เพื่อให้แน่ใจว่าแม่เหล็กถาวรจะไม่ล้างอำนาจแม่เหล็ก วิธีที่มีประสิทธิภาพที่สุดคือการเพิ่มความหนาของแม่เหล็กถาวรอย่างเหมาะสม
(2) มีวงจรร่องระบายอากาศภายในโรเตอร์เพื่อลดอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นของโรเตอร์:
หากอุณหภูมิของโรเตอร์สูงเกินไป แม่เหล็กถาวรจะทำให้สูญเสียอำนาจแม่เหล็กอย่างถาวรในการออกแบบโครงสร้าง วงจรระบายอากาศภายในของโรเตอร์สามารถออกแบบให้เหล็กแม่เหล็กเย็นลงได้โดยตรงไม่เพียงแต่ลดอุณหภูมิของเหล็กแม่เหล็ก แต่ยังปรับปรุงประสิทธิภาพอีกด้วย
