มอเตอร์ตัวแรกของโลกคือมอเตอร์แม่เหล็กถาวรที่สร้างสนามแม่เหล็กกระตุ้นด้วยแม่เหล็กถาวร การพัฒนาของมอเตอร์แม่เหล็กถาวรนั้นมาพร้อมกับการพัฒนาของวัสดุแม่เหล็กถาวรด้วย

เหล็กกล้าคาร์บอนที่ใช้ในช่วงปลายศตวรรษที่ 19 มีการปรับปรุง Br เพียงเล็กน้อยในช่วงศตวรรษที่ผ่านมา และการปรับปรุงผลิตภัณฑ์พลังงานนั้นเกิดจากการเพิ่มขึ้นของแรงบังคับ Hc การปรับปรุงแรงบังคับนั้นส่วนใหญ่เกิดจากการทำความเข้าใจเกี่ยวกับธรรมชาติของเหล็กกล้า การค้นพบสารประกอบแอนไอโซทรอปิกที่มีแมกนีโตคริสตัลลีนสูง และความก้าวหน้าของเทคโนโลยีการเตรียม

ในช่วงต้นศตวรรษที่ 20 ผู้คนส่วนใหญ่ใช้เหล็กกล้าคาร์บอน เหล็กกล้าทังสเตน เหล็กกล้าโครเมียม และเหล็กกล้าโคบอลต์เป็นวัสดุแม่เหล็กถาวร

ในช่วงปลายทศวรรษปี 1930 การพัฒนาวัสดุแม่เหล็กถาวร AlNiCo ที่ประสบความสำเร็จทำให้สามารถนำวัสดุแม่เหล็กถาวรไปประยุกต์ใช้ในระดับใหญ่ได้

ในช่วงทศวรรษ 1950 การเกิดขึ้นของแบเรียมเฟอร์ไรต์ไม่เพียงแต่ช่วยลดต้นทุนของแม่เหล็กถาวร แต่ยังขยายขอบเขตการใช้งานของวัสดุแม่เหล็กถาวรในสาขาความถี่สูงอีกด้วย

ในช่วงทศวรรษ 1960 การเกิดขึ้นของแม่เหล็กถาวรโคบอลต์หายากได้เปิดศักราชใหม่ของการประยุกต์ใช้แม่เหล็กถาวร

ในปี 1967 Strnat และคณะจากมหาวิทยาลัย Dayton ในสหรัฐอเมริกาประสบความสำเร็จในการผลิตแม่เหล็กถาวร SmCo5 โดยใช้กรรมวิธียึดด้วยผง ซึ่งถือเป็นการมาถึงของยุคของแม่เหล็กถาวรธาตุหายาก จนถึงปัจจุบัน แม่เหล็กถาวรธาตุหายากได้ผ่าน SmCo5 รุ่นแรก Sm2Co17 รุ่นที่สองที่ทำให้แข็งด้วยการตกตะกอน และพัฒนามาเป็นวัสดุแม่เหล็กถาวร Nd-Fe-B รุ่นที่สาม

ปัจจุบันมูลค่าผลผลิตของวัสดุแม่เหล็กถาวรธาตุหายากนั้นสูงเกินวัสดุแม่เหล็กถาวรเฟอร์ไรต์มาก และการผลิตวัสดุแม่เหล็กถาวรธาตุหายากได้พัฒนาเป็นอุตสาหกรรมขนาดใหญ่

ลักษณะเฉพาะของมอเตอร์แม่เหล็กถาวร:

มอเตอร์แม่เหล็กถาวรมีกำลังสูงสุด 1000 กิโลวัตต์ เส้นผ่านศูนย์กลางต่ำสุดคือ φ0.8 มม. ความเร็วสูงสุดคือ 300000 รอบต่อนาที และความเร็วต่ำสุดคือ 0.01 รอบต่อนาที ด้วยการพัฒนาของวัสดุแม่เหล็กถาวรแรร์เอิร์ธ มอเตอร์แม่เหล็กถาวรแรร์เอิร์ธจึงมีลักษณะดังต่อไปนี้เมื่อเปรียบเทียบกับมอเตอร์กระตุ้นไฟฟ้า:

โครงสร้างที่เรียบง่ายและความน่าเชื่อถือสูง:

การใช้แม่เหล็กถาวรแบบแรร์เอิร์ธสามารถลดน้ำหนักของมอเตอร์และลดปริมาตรได้อย่างมาก การกำจัดวงแหวนตัวรวบรวมและแปรงถ่านสำหรับการกระตุ้นไม่เพียงแต่จะปรับปรุงความสามารถในการประมวลผลของมอเตอร์เท่านั้น แต่ยังช่วยเพิ่มความน่าเชื่อถือทางกลของการทำงานของมอเตอร์ได้อย่างมากและเพิ่มอายุการใช้งานอีกด้วย

ประสิทธิภาพที่ยอดเยี่ยม:

เมื่อเปรียบเทียบกับมอเตอร์แบบดั้งเดิมแล้ว มอเตอร์แม่เหล็กถาวรจะมีโครงสร้างที่เรียบง่าย การใช้แม่เหล็กถาวรแรร์เอิร์ธยังช่วยเพิ่มความหนาแน่นของฟลักซ์ช่องว่างอากาศ ปรับความเร็วของมอเตอร์ให้มีค่าที่เหมาะสม และปรับปรุงอัตราส่วนกำลังต่อน้ำหนัก เครื่องกำเนิดไฟฟ้าสำหรับการบินและอวกาศเกือบทั้งหมดในปัจจุบันใช้เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแม่เหล็กถาวรแรร์เอิร์ธ

ประสิทธิภาพการควบคุมที่ยอดเยี่ยม:

เนื่องจากวัสดุแม่เหล็กถาวรของแรร์เอิร์ธมีประสิทธิภาพสูง ค่าคงที่ของแรงบิด อัตราส่วนแรงบิดต่อความเฉื่อย ความหนาแน่นของกำลัง ฯลฯ ของมอเตอร์จึงได้รับการปรับปรุงอย่างมาก ด้วยการออกแบบที่เหมาะสม ตัวบ่งชี้ต่างๆ เช่น ความเฉื่อยของการหมุน ค่าคงที่ของเวลาไฟฟ้าและกลไกจึงลดลงอย่างมาก ซึ่งเป็นตัวบ่งชี้หลักของประสิทธิภาพการควบคุมเซอร์โว

ในมอเตอร์แม่เหล็กถาวรสมัยใหม่ การออกแบบวงจรแม่เหล็กแม่เหล็กถาวรนั้นค่อนข้างสมบูรณ์ และแรงบีบบังคับของวัสดุแม่เหล็กถาวรของธาตุหายากก็สูง ดังนั้น ความสามารถของมอเตอร์แม่เหล็กถาวรในการต้านทานปฏิกิริยาของอาร์เมเจอร์และการลดอำนาจแม่เหล็กอื่น ๆ จึงเพิ่มขึ้นอย่างมาก และพารามิเตอร์การควบคุมของมอเตอร์ก็ลดลงอย่างมากเมื่อได้รับอิทธิพลจากการรบกวนจากภายนอก

เนื่องจากมีการใช้วัสดุแม่เหล็กถาวรเพื่อทดแทนการกระตุ้นไฟฟ้า การออกแบบขดลวดกระตุ้นและสนามแม่เหล็กกระตุ้นจึงลดลง ส่งผลให้พารามิเตอร์ต่างๆ เช่น ฟลักซ์กระตุ้น ความเหนี่ยวนำของขดลวดกระตุ้น กระแสกระตุ้น ฯลฯ ลดลง จึงลดตัวแปรหรือพารามิเตอร์ที่ควบคุมได้โดยตรง

ประสิทธิภาพสูงและประหยัดพลังงาน:

มอเตอร์แม่เหล็กถาวรแรร์เอิร์ธเป็นผลิตภัณฑ์ที่มีประสิทธิภาพสูงและประหยัดพลังงาน โดยมีอัตราการประหยัดพลังงานเฉลี่ยมากกว่า 10% และอัตราการประหยัดพลังงานของมอเตอร์แม่เหล็กถาวรแรร์เอิร์ธแบบพิเศษสามารถสูงถึง 15% ถึง 20% เมื่อเปรียบเทียบกับมอเตอร์สตาร์ท DC แบบกระตุ้นแบบอนุกรมรุ่นเก่าแล้ว มอเตอร์สตาร์ทแม่เหล็กถาวรนีโอไดเมียมเหล็กโบรอนที่พัฒนาโดย GM ในสหรัฐอเมริกามีประสิทธิภาพเพิ่มขึ้น 45% การใช้มอเตอร์แม่เหล็กถาวรและเทคโนโลยีควบคุมความเร็วความถี่แปรผันในปั๊มน้ำ พัดลม และคอมเพรสเซอร์สามารถประหยัดไฟฟ้าได้มากกว่า 30%

โครงสร้างพื้นฐานของมอเตอร์แม่เหล็กถาวรแบบแรร์เอิร์ธคือโรเตอร์เป็นโครงสร้างแม่เหล็กถาวรที่สร้างฟลักซ์ช่องว่างอากาศ สเตเตอร์เป็นอาร์เมเจอร์ และมีขดลวดแบบสมมาตรหลายเฟส การเกิดขึ้นของมอเตอร์ไร้แปรงถ่านแบบแกนแรร์เอิร์ธเป็นผลมาจากการใช้วัสดุใหม่และกระบวนการใหม่

อาร์เมเจอร์ทำจากวัสดุที่มีความทนทานต่อความร้อนได้ดีซึ่งสามารถทำงานได้อย่างเสถียรเป็นเวลานานภายใต้สภาวะอุณหภูมิสูงและความเร็วสูง เนื่องจากอาร์เมเจอร์ไม่มีแกนเหล็กและมีค่าเหนี่ยวนำต่ำ การสูญเสียฮิสเทรีซิสและการสูญเสียกระแสวนในแกนเหล็กจึงถูกกำจัดออกไปอย่างสมบูรณ์ และความผันผวนของแรงบิดที่เกิดจากเอฟเฟกต์ช่องจะถูกกำจัดออกไป ซึ่งทำให้มีประสิทธิภาพในการควบคุมที่ยอดเยี่ยม ประสิทธิภาพการทำงานสูง การเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิต่ำ และช่วงความเร็วที่กว้าง อาร์เมเจอร์ของมอเตอร์ไม่มีช่องและใช้โครงสร้างที่ปิดผนึกด้วยพลาสติกอย่างสมบูรณ์ และเสียงและการสั่นสะเทือนจะต่ำมากเมื่อโหลดกำลังทำงาน

มอเตอร์แกนแม่เหล็กถาวรแบบไม่มีแกนของแรร์เอิร์ธเป็นนวัตกรรมที่สำคัญและประสบความสำเร็จใน "สาม" ความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีที่สำคัญ ประการแรก เมื่อเปรียบเทียบกับการออกแบบโครงสร้างสนามแม่เหล็กแบบเรเดียลดั้งเดิม การออกแบบโครงสร้างสนามแม่เหล็กแบบแกนถูกนำมาใช้ ซึ่งช่วยปรับปรุงความหนาแน่นของพลังงานและอัตราส่วนปริมาตรแรงบิดได้อย่างมาก ประการที่สอง กระบวนการม้วนแบบใหม่ การหล่อแบบแม่นยำแรงดันสูง และวัสดุโพลีเมอร์ถูกนำมาใช้เพื่อลดการสูญเสียทองแดงของม้วนได้อย่างมีประสิทธิภาพ ประการที่สาม แผ่นเหล็กซิลิกอนไม่ได้ใช้เป็นวัสดุแกนสเตเตอร์และโรเตอร์ ซึ่งช่วยขจัดการหน่วงแม่เหล็กและการสูญเสียเหล็ก ลดกำลังขับเคลื่อน และลดแหล่งความร้อนจากการสูญเสียเหล็ก

แนวโน้มในอนาคตของมอเตอร์แม่เหล็กถาวร

การใช้ไฟฟ้าของระบบมอเตอร์คิดเป็นประมาณ 60% ของการใช้ไฟฟ้าของประเทศ โดยพัดลม ปั๊ม คอมเพรสเซอร์ และเครื่องปรับอากาศคิดเป็น 10.4%, 20.9%, 9.4% และ 6% ของการใช้ไฟฟ้าของประเทศตามลำดับ ระบบมอเตอร์มีปริมาณมากและแพร่หลาย มีศักยภาพในการประหยัดพลังงานมหาศาล

ตามสถิติของสมาคมอุตสาหกรรม ระบุว่ากำลังการผลิตติดตั้งระบบมอเตอร์ประเภทต่างๆ ในประเทศรวมอยู่ที่ประมาณ 700 ล้านกิโลวัตต์ และประสิทธิภาพการทำงานโดยทั่วไปต่ำกว่าระดับขั้นสูงในต่างประเทศประมาณ 10 ถึง 20 เปอร์เซ็นต์ ซึ่งเทียบเท่ากับการสูญเสียไฟฟ้าประมาณ 150 พันล้านกิโลวัตต์ชั่วโมงต่อปี

ลักษณะการทำงานที่โดดเด่นที่สุดของมอเตอร์แม่เหล็กถาวรคือ น้ำหนักเบา ประสิทธิภาพสูง ประสิทธิภาพการทำงานสูง และประหยัดพลังงาน มอเตอร์แม่เหล็กถาวรธาตุหายากประสิทธิภาพสูงเป็นพื้นฐานของเทคโนโลยีใหม่ๆ และอุตสาหกรรมไฮเทคมากมาย

สถานะปัจจุบันของการใช้งานมอเตอร์แม่เหล็กถาวรดินหายากในและต่างประเทศ:

(1) การบินและอวกาศ : สหรัฐอเมริกาได้พัฒนามอเตอร์ DC แบบไร้แปรงถ่านแม่เหล็กถาวรหายากขนาด 12.6 กิโลวัตต์ ความเร็ว 9,000 รอบต่อนาที สำหรับขับเคลื่อนปีกยกของกระสวยอวกาศ โดยมีประสิทธิภาพ 95%

(2) ระบบขับเคลื่อนไฟฟ้าของเรือ : เรือสมรรถนะสูงโดยทั่วไปใช้ระบบขับเคลื่อนไฟฟ้าทั้งหมด มอเตอร์แม่เหล็กถาวรถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในฐานะมอเตอร์ขับเคลื่อนในระบบขับเคลื่อนไฟฟ้าในต่างประเทศ

(3) อุตสาหกรรมพัดลมและปั๊มน้ำ : ส่วนใหญ่อยู่ในระบบขับเคลื่อนกำลังไฟฟ้าในแหล่งน้ำมัน โรงไฟฟ้า และโรงงานเหล็ก ซึ่งมีจำนวนโหลดเชิงกล เช่น ปั๊มน้ำและพัดลมมากที่สุด นี่เป็นโอกาสสำคัญในการส่งเสริมและการประยุกต์ใช้มอเตอร์แม่เหล็กถาวรหายาก

จีนได้ส่งเสริมการใช้มอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวรของธาตุหายากในหน่วยสูบน้ำมัน และสร้างกำลังการผลิตประจำปีมากกว่า 10,000 หน่วย การดำเนินงานในแหล่งน้ำมันเป็นไปด้วยดีและได้รับประโยชน์ทางเทคนิคและเศรษฐกิจที่สำคัญ

(4) อุตสาหกรรมลิฟต์:ผู้ผลิตลิฟต์รายใหญ่ในต่างประเทศส่วนใหญ่ใช้มอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวรในการขับเคลื่อนเครื่องจักรแบบไม่มีเกียร์ ประสิทธิภาพของมอเตอร์เหล่านี้สูงถึง 0.9 หรือมากกว่า ซึ่งประหยัดพลังงานได้มากกว่าระบบมอเตอร์อะซิงโครนัส AC + กล่องลดเกียร์ถึง 30% บริษัท Mitsubishi Elevator, Hitachi Elevator และ Schindler Elevator ในประเทศต่างก็ใช้เทคโนโลยีนี้

ปัจจุบัน มอเตอร์แม่เหล็กถาวรกำลังพัฒนาไปสู่พลังงานสูง (ความเร็วสูง แรงบิดสูง) ฟังก์ชันการทำงานสูง และขนาดเล็กลง ในฐานะผลิตภัณฑ์ที่มีแนวโน้มการใช้งานอย่างกว้างขวางในศตวรรษที่ 21 ระดับการพัฒนาเชิงอุตสาหกรรมของมอเตอร์แม่เหล็กถาวรยังต้องได้รับการปรับปรุง

เนื่องจากประสิทธิภาพและคุณสมบัติที่ยอดเยี่ยมต่างๆ ของมัน เชื่อกันว่าในอนาคตอันใกล้นี้ มันจะถูกนำไปใช้อย่างแพร่หลายในหลากหลายสาขา และจะแทรกซึมเข้าไปในทุกด้านของชีวิตประจำวันและการผลิตในอุตสาหกรรม ด้วยการให้ความสนใจและการลงทุนของประเทศในด้านมอเตอร์ มอเตอร์แม่เหล็กถาวรจะเฟื่องฟูอย่างแน่นอน!