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微型永磁直流電動�
閱讀�4209時間�2017-08-09 15:07:01

    世界上最早的電機原型就是永磁電機,只是當(dāng)時永磁材料性能不良,而被電磁式電機占了主流。鋁鎳鈷永磁體的問世使永磁電機開始發(fā)�,但由于其價格比較高,所以鋁鎳鈷永磁電動機應(yīng)用面并不�。自從廉價鐵氧體的出�(xiàn)才使永磁電動機的�(yīng)用量大幅度增加,�(yīng)用面從玩具電�、音像電機、汽車微電機到工�(yè)用的小功率驅(qū)動和伺服�(qū)動等。據(jù)�(tǒng)��500W以下�直流電機中永磁電動機�92%以�,其中絕大多�(shù)是鐵氧體永磁電動�。鐵氧體使用至今,但由于其磁性較差,不適合高性能電機的需�,因�20世紀(jì)60年代出現(xiàn)了稀土釤鈷永磁體,其磁能積是鋁鎳鈷的四倍多,是鐵氧體的五倍多。釤鈷永磁體的出�(xiàn)使高性能伺服電動機得到實�(xiàn)�

    但由于釤鈷永磁體價格過高,限制了其應(yīng)��20世紀(jì)80年代出現(xiàn)釹鐵硼永磁材��

    除了工作溫度和磁溫度系數(shù)不及釤鈷永磁體外,其他性能都超過了釤鈷,而且釹鐵硼永磁體�(yuǎn)比釤鈷價格低得多。高性能永磁體的出現(xiàn)和性能不斷提高,將會引起電�行業(yè)的巨大改�。預(yù)計各種伺服電動機,不論是直流和交�,還�步�(jìn)電機最終都將過渡到永磁電機,甚至于�(yīng)用領(lǐng)域很廣的交流異步電機也最終要被各類型的永磁電機所代替�

介紹

    微型永磁直流電動機向�(jīng)�(jì)型和高性能型兩個方向發(fā)�。所謂經(jīng)�(jì)型,主要是指音響聲像�(shè)備中使用的微型直流電動機,如各種錄音�,錄像機、組合音�、電唱機、隨身聽、收音機、激光唱機、數(shù)字激光視盤機及汽車音響等。其特點是數(shù)量極�,價格低�,一般每只幾�。日本萬寶至公司是世界生�(chǎn)�(jīng)�(jì)永磁直流電動機最多的企業(yè),每年產(chǎn)量數(shù)十億�。但由于日元升�,日本本土在基本不生�(chǎn)這種電動�,大部分�(zhuǎn)移中國大陸和東南亞各國。如萬寶至馬�(dá)公司在大連設(shè)立的萬寶至馬�(dá)大連有限公司和萬寶至馬�(dá)瓦房店有限公司以及萬寶至香港公司在東莞設(shè)立的來料加工工場,其�(chǎn)量已占總公司的絕大部�。日本三洋電機株式會社在蛇口�(shè)立的公司,投�1億港元,其中微型直流電動機年�(chǎn)�6000萬臺� 日本三協(xié)精機公司在廈門和廣東設(shè)立的獨資企業(yè),年�(chǎn)各種微型直流電動機達(dá)�2億臺。香港德昌電機有限公司年�(chǎn)各種微電�10億臺以上,其中大部分是用于汽車電器中的微型直流電機。該公司還正在籌建年�(chǎn)量達(dá)4億臺的音響設(shè)備用小電機生�(chǎn)加工基地。日本美之美電機有限公司在珠海設(shè)立的珠海三美電機有限公司,年�(chǎn)微型直流電動�1億臺左右。這些電機基本上都是廉價的電機。我國大陸先后從日本引�(jìn)�9條音響聲像電機生�(chǎn)�,不僅抵御了�(jìn)口電機的沖擊,而且成為此類電機生產(chǎn)大國。如阜陽市青峰機械廠,先后從日本三協(xié)公司和萬寶至公司引�(jìn)電子�(wěn)速永磁直流電動機生產(chǎn)線及生產(chǎn)技�(shù),又在深圳合資創(chuàng)辦了深圳�(fā)�(fā)微電機公�� 在合肥創(chuàng)辦了三維電子有限公司,加上本廠一起月�(chǎn)量達(dá)300萬臺,另外浙江海山集�(tuán)公司,常州微特電機總廠等廠家也先后從國外引�(jìn)生產(chǎn)�。目前國�(nèi)企業(yè)�(jīng)�(jì)型微型直流電動機�(chǎn)量在2億臺,而獨資企�(yè)�(chǎn)量估計在10億臺左右,所以在中國大陸生產(chǎn)的經(jīng)�(jì)型微型直流電動機占了全世界總量的絕大部分。這種�(jīng)�(jì)型電機在技�(shù)上難度不�,但是生�(chǎn)必須有規(guī)�,年�(chǎn)百萬臺級別是不行的,必須�(dá)到千萬臺�(chǎn)量的�(shù)量級,所以設(shè)備投資巨大�

    �(jīng)�(jì)型直流電動機的發(fā)展趨勢是隨著其使用的要求而發(fā)展的,比如對于音響電機,是隨著整機對電動機追求更加小�、超薄、高�、高精度和低噪聲而不斷滿足其需�。因此這類電機的發(fā)展趨勢是�

    ⑴扁平輕小化。如錄音� 、電唱機、隨身聽、錄音機等設(shè)�、片狀電機受到青睞�

    ⑵無刷化。如錄像�,對磁鼓和主軸電機提出較高要�,而它是確保質(zhì)量的�(guān)鍵元�,所以現(xiàn)在大多采用無刷直流電�,以提高工作可靠�、高效率和降低低噪聲�

    ⑶高�(zhuǎn)速化。在2000年日本小電機研討會暨展覽會上,三�(xié)、佳�、松下等公司都展出了DVD主軸電機,CD-ROM電機,轉(zhuǎn)速都�2000r/min以上,為了克服高速狀�(tài)下的軸承和噪聲問�,采用了動壓軸承�(jié)�(gòu)。利用空氣和油的動壓軸承與滾珠軸承相�,在體積、速度、噪聲和清潔度方面均有改�(jìn),且生產(chǎn)成本�,其�(yīng)用領(lǐng)域在逐步擴大�

    ⑷高精度化。如錄音機電機的�(wěn)速誤差要求不大于0.75�,噪聲不大于32dB,抖晃率不大�0.03�。又如鼓電機是錄像機磁鼓伺服系統(tǒng)的主要部件,要求鼓電機的力矩波動�,噪聲低,機械安裝精度高,動�(tài)特性好。對DVD主軸電機要求與盤片配合的電機端面�(zhuǎn)盤加工精度和配裝精度很高,轉(zhuǎn)盤端面跳動不大于20μm。要求微型永磁電動機高精度化是今后必然趨��

高性能稀土永磁直流電�

    稀土永磁材料的研制開發(fā)對微電機的發(fā)展起了極大的推動作用。在美國、日本和西歐等發(fā)�(dá)國家,稀土永磁材料在電機中的�(yīng)用已占稀土永磁總銷售�60%以�。稀土永磁材料具有高的剩磁和矯頑力及磁能�,且具有良好的動�(tài)回復(fù)特性,尤其適合于高性能的微電機�

    各向同性NdFeB粘結(jié)永磁體具有一些深受生�(chǎn)者和用戶喜愛的優(yōu)�,例如從�

    機生�(chǎn)者的角度�,這種粘結(jié)永磁體的�(yōu)點是�

    ⑴尺�、重量、性能上比粘結(jié)鐵氧體好幾��

    ⑵制作過程中工件不磁�,在計算機外圍設(shè)備應(yīng)用中有較少的污染�

    ⑶各向同性磁化可去掉�(zhuǎn)子鐵�,降低轉(zhuǎn)子的�(zhuǎn)動慣量和制作成本�

    ⑷在多極電機�(shè)計中的高抗退磁能��

    ⑸在動態(tài)�(fù)載下�(wěn)定的電機性能�

    ⑹在Hcj的溫度系�(shù)比各向異性NdFeB粘結(jié)永磁體低�

    在國�,釹鐵硼電機的應(yīng)用越來越�。德國西門子公司年�(chǎn)�(shù)控機�,工�(yè)機器人用永磁電動�10萬臺以上� 西方各國1995年生�(chǎn)計算機外圍設(shè)備用音圈電機320萬臺�2000年達(dá)�600萬臺。美國通用汽車公司對汽車用稀土永磁電機的�(fā)展極為樂觀,該公司年需釹鐵硼電機達(dá)2億臺之多� 歐共體決定撥??钗忻绹茽柕麓髮W(xué)專題研制釹鐵硼電�。日本是生產(chǎn)釹鐵硼永磁體的大國,一直壟斷永磁電動機市場�

    近年國外開發(fā)了一種可實現(xiàn)小型低�、大�(zhuǎn)矩化的電動機� 即便HD電機(High Density Motor )它采用高性能稀土永磁材料和特殊磁回路的DD電動機(Direct Drive Motor)與小型高性能伺服�(qū)動器組合而成。電機為外轉(zhuǎn)子結(jié)�(gòu),由電動機部分、軸�、轉(zhuǎn)子位置輸出部分構(gòu)�,直接和�(zhuǎn)子連接。在HD電機的磁回路

    �,外�(zhuǎn)子鐵心槽中嵌有片狀的高性能稀土永磁,在電機內(nèi)藏有電磁減速齒�,達(dá)到低速大�(zhuǎn)矩的目的。與傳統(tǒng)的直接驅(qū)動電機比較,其鐵心利用率提高�2倍多,輸出轉(zhuǎn)矩高2倍。這種電機在立式磨床的主軸�(qū)�、工�(yè)機器人等�(lǐng)域有廣泛�(yīng)用。稀土永磁電機的�(fā)展方向是微型化和超薄型化。由于釹鐵硼的磁能積�,特別是能制成超薄型,從而使過去難以做到的超微薄型結(jié)�(gòu)電機得以實現(xiàn)。如國外用在小型立體聲單放機,薄型錄像機中的片狀無刷直流電機,整個電機外型厚度僅4.3mm,轉(zhuǎn)子采用釹鐵硼,磁場方向為軸向,控制部分印制在一塊板�,實�(xiàn)了高度集成化模塊,大大提高了電機可靠性�

    在高�、高真空等特殊環(huán)境下,釤鈷永磁電機的�(yīng)用仍占主�(dǎo)地位。釤鈷永磁體由于具有工作溫度高,溫度系數(shù)小以及耐腐蝕性強的特�,因而在宇航�(shè)�、原子能�(shè)�、水下機器人、NC機床等特殊環(huán)境下�(yīng)用廣�。英國Muihead Vaetric公司開發(fā)的潛水艇雷達(dá)無線�(qū)動用永磁電機,其絕緣等級為H級(180℃),電機由帶有霍爾傳感器的無刷直流電機,編碼器和溫度傳感器三部分組成,功率�(dá)800W,在�(zhuǎn)�80r/min的情況下,峰值力矩達(dá)40N.m。美國西蒙茲精密�(chǎn)品公司用小型釤鈷永磁�(fā)電機作為航空點火系統(tǒng)及發(fā)動機控制系統(tǒng)的電�� 以滿足航空發(fā)動機�(yán)格的振動及高溫環(huán)境要�,在F-15�(zhàn)斗機和F-100噴氣�(fā)動機上均有應(yīng)�。德國西門子公司研制開�(fā)的用于數(shù)控機床�(jìn)給系�(tǒng)的驅(qū)動電機就是釤鈷永磁電機。瑞士Interelectric公司研制的高性能空心杯轉(zhuǎn)子永磁直流電動機有S、A、RE、F四大系列,功率從2.5W�250W,直徑從10�75mm,品種達(dá)�(shù)千種,并配有精密齒輪和編碼器、測速機等各類組合電�。摶鸚翹鉸氛吆艛上裝�11只這種高科技直流微電機�

無刷直流電動�

    無刷直流電動機是電動機技�(shù)和電子技�(shù)�(jié)合的機電一體化新型微電�。它是一種最有前途的電動機。無刷直流電動機的主要特征是具有與普通有刷直流電流電動機相似的機械特性以及必須有電子換向電路。由于無刷直流電動機徹底取消了機械換向器和電刷,而又具備傳統(tǒng)直流電動機相同的線性機械特�,調(diào)速范圍寬,起動力矩大,效率高等優(yōu)�,又具有如下特點�

    ⑴高可靠性、長壽命,工作時限主要決定于軸承及潤�,高性能電動機的使用壽命可達(dá)�(shù)萬小時�

    ⑵不必經(jīng)常維�(hù)�

    ⑶無電氣接觸火花,安�、防爆性好,無線電干擾� �

    ⑷機械噪聲低�

    ⑸可工作于高真空,有腐蝕性氣體介�(zhì)和液體介�(zhì)�(huán)境中,例如宇航設(shè)備�

    ⑹可工作于高速或超高�。已�100000r/min�(chǎn)��

    ⑺采用內(nèi)定子外轉(zhuǎn)子(inside-out)結(jié)�(gòu),繞組在定子�,易于散�,轉(zhuǎn)子采用永磁體勵磁,無通電繞組,幾乎無損耗和�(fā)��

    ⑻與電子電路�(jié)�,有更大的使用靈活性。例如:利用小功率邏輯控制信號可控制電動機的起停,正反轉(zhuǎn)或調(diào)節(jié)�(zhuǎn)速,適于�(shù)字控�,易于與微機接口。正由于�,無刷直流電動機在工�(yè)和家用及國防等領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)��

    在航空航天領(lǐng)域,由于高真�,無刷直流電動機的優(yōu)勢是最明顯�。如宇宙飛船中用的各種泵,使用了許多無刷電動機�

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