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Qu'est-ce qu'un moteur à aimant permanent aux terres rares ? Et quelle est la durée de vie ?

2023-03-09 11:13:05

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1. Moteur à aimant permanent aux terres rares – l’avenir du moteur



Moteur à aimant permanent aux terres rares est un nouveau type de moteur à aimant permanent apparu au début des années 1970.


En raison des excellentes propriétés magnétiques des matériaux à aimants permanents de terres rares, ils peuvent établir un champ magnétique permanent puissant sans énergie externe après magnétisation.


Le moteur à aimant permanent aux terres rares a non seulement un rendement élevé, mais possède également une structure simple et un fonctionnement fiable. Il peut également être de petite taille et léger.



Transformé en moteurs spéciaux pouvant répondre à des exigences de fonctionnement spécifiques, tels que les moteurs de traction d'ascenseur, les moteurs spéciaux pour automobiles, etc.


La combinaison de moteurs à aimants permanents aux terres rares avec la technologie électronique de puissance et la technologie de contrôle par micro-ordinateur a amélioré les performances du moteur et du système de transmission à un nouveau niveau.


L'amélioration des performances et du niveau des équipements techniques de support est une direction de développement importante pour l'industrie automobile afin d'ajuster la structure industrielle.


Moteurs à aimants permanents aux terres rares sont largement utilisés dans presque tous les domaines de l'aviation, de l'aérospatiale, de la défense nationale, de la fabrication d'équipements, de la production industrielle et agricole et de la vie quotidienne.


Il comprend des moteurs synchrones à aimant permanent, des générateurs à aimant permanent, des moteurs à courant continu, des moteurs à courant continu sans balais, des servomoteurs à aimant permanent à courant alternatif, des moteurs linéaires à aimant permanent, des moteurs à aimant permanent spéciaux et des systèmes de contrôle associés, couvrant presque toute l'industrie automobile.


2. Soutien à la politique relative aux moteurs à aimants permanents aux terres rares


Le 22 novembre 2021, le ministère de l'Industrie et des Technologies de l'information et l'Administration d'État pour la régulation du marché ont publié conjointement le « Plan d'amélioration de l'efficacité énergétique des moteurs (2021-2023) », proposant que d'ici 2023, la production annuelle de produits à haut rendement et énergétiques -les moteurs à économie d'énergie atteindront 170 millions de kilowatts, et la proportion de moteurs à haut rendement et à économie d'énergie en service a atteint plus de 20 %, et l'économie annuelle d'électricité était de 49 milliards de kWh.


Le document mentionne clairement que « Pour les ventilateurs, pompes, compresseurs, machines-outils et autres équipements à usage général, encourager l'utilisation de moteurs électriques avec un niveau d'efficacité énergétique de 2 et plus.


Pour des conditions de fonctionnement à charge variable, promouvoir les moteurs à aimants permanents à fréquence variable avec un niveau d’efficacité énergétique 2 et supérieur.


Selon la version 2013 de la norme « Moteurs synchrones à aimants permanents », la production actuelle de moteurs à aimants permanents est répartie dans les intervalles de consommation d'énergie de premier et de deuxième niveaux ; combinés aux « Limites d'efficacité énergétique du moteur et aux grades d'efficacité énergétique » (GB 18613-2020) et au « Plan d'amélioration de l'efficacité énergétique du moteur », seuls certains moteurs à aimants permanents à terres rares NdFeB hautes performances peuvent atteindre l'efficacité de plus de 95 % de la norme de consommation d'énergie de premier niveau (correspondant à IE5), et le reste des moteurs à aimants permanents aux terres rares appartiennent à la norme de consommation d'énergie de deuxième niveau.



À l'heure actuelle, les moteurs à aimants permanents aux terres rares peuvent économiser plus de 10 % d'électricité et augmenter leur efficacité à plus de 95 %.


En utilisant un moteur synchrone à aimant permanent aux terres rares, le taux d'économie d'énergie de la puissance réactive peut atteindre 85 % et le taux d'économie d'énergie de la puissance active peut atteindre 23 % à 25 %. L'effet d'économie d'énergie est remarquable.


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3. Pourquoi devrions-nous développer vigoureusement des moteurs économes en énergie à aimants permanents aux terres rares ?


(1) Les moteurs industriels sont les domaines les plus consommateurs d’électricité de la société.



En 2020, le parc automobile chinois atteindra environ 4 milliards de kilowatts et la consommation totale d'électricité sera d'environ 4.8 64 milliards de kWh, soit XNUMX % de la consommation totale d'électricité de l'ensemble de la société.


Parmi eux, la consommation totale d'énergie des moteurs dans le domaine industriel sera de 3.84 billions de kWh, représentant 75 % de la consommation d'électricité industrielle, chaque augmentation de 1 % de l'efficacité énergétique des moteurs dans le domaine industriel peut économiser environ 38.4 milliards de kWh d'électricité. par an, et une augmentation de 3 % de l'efficacité énergétique équivaut à la production annuelle d'électricité des Trois Gorges.


Le Conseil d'État a publié le « Plan d'action du pic de carbone 2030 », qui se concentre sur la promotion des économies d'énergie et de l'amélioration de l'efficacité des principaux équipements consommateurs d'énergie, en mettant l'accent sur les moteurs, les ventilateurs, les pompes, les compresseurs, les transformateurs, les échangeurs de chaleur, les chaudières industrielles et autres équipements pour améliorer considérablement la norme d'efficacité énergétique.


(2) Les moteurs à haut rendement et à économie d'énergie font référence aux moteurs standard à usage général à haut rendement


(satisfaisant au-dessus de la norme de deuxième niveau de la nouvelle norme d'efficacité énergétique des moteurs). En mai 2020, la Chine a annoncé la dernière norme d'efficacité énergétique des moteurs « GB18613-2020 Motor Energy Efficiency Limits and Energy Efficiency Grades », la norme est officiellement mise en œuvre le 1er juin 2021 et les moteurs économes en énergie inférieurs à IE3 (norme internationale) ont été forcés. pour arrêter la production.


Les types de moteurs comprennent les moteurs asynchrones triphasés, les moteurs à aimants permanents aux terres rares, etc. Les moteurs asynchrones traditionnels peuvent être augmentés en augmentant les matériaux (augmentation du diamètre extérieur du noyau de fer, augmentation de la taille de l'encoche du stator, augmentation du poids des fils de cuivre). , et en utilisant des tôles d'acier au silicium avec une bonne perméabilité magnétique).


Cependant, en raison de son principe de fonctionnement de base, il est difficile d’améliorer l’efficacité des moteurs asynchrones traditionnels. Par exemple, certains moteurs économes en énergie IE4 et IE5 préfèrent utiliser le mode aimant permanent.



(3) Plus important encore, par rapport aux moteurs asynchrones, les moteurs à aimants permanents aux terres rares présentent des avantages naturels en matière d'économie d'énergie.


1) Économie d'énergie:


Différent du moteur asynchrone, le rotor du moteur à aimant permanent n'a pas besoin de courant d'excitation et l'économie d'énergie est d'environ 15 à 20 %.
2) Haute efficacité :


L'efficacité des moteurs à aimants permanents est de 2 à 19 points de pourcentage supérieure à celle des moteurs traditionnels.
3) Le moteur à aimant permanent de terres rares a un structure simple et faible taux d’échec.

4) Longue durée de vie :


Le rotor du moteur à aimant permanent adopte une structure scellée intégrée, ce qui est bénéfique pour réduire la friction et l'oxydation pendant la rotation et améliorer la stabilité et la durée de vie du moteur.


(4) Le cycle de récupération du remplacement des moteurs à aimants permanents aux terres rares est d'environ 1 à 2 ans, et les avantages économiques sont en fait évidents.


4. Les différences entre les moteurs à aimants permanents aux terres rares et les moteurs traditionnels


Un moteur à aimant permanent est un moteur synchrone DC/AC dans lequel le stator est un aimant permanent et seul le rotor est une bobine. Le stator d'un moteur ordinaire est une bobine (électroaimant).


1) La nature du champ magnétique.


Une fois le moteur à aimant permanent fabriqué, il peut maintenir son champ magnétique sans énergie externe ; les moteurs traditionnels ont besoin de courant électrique pour avoir un champ magnétique.


2) Occasions applicables.


Les moteurs traditionnels doivent entraîner un mécanisme de réduction pour obtenir un couple élevé, tandis que les moteurs à aimants permanents aux terres rares peuvent remplacer le mécanisme de réduction pour obtenir un entraînement direct.


3) Le moteur à aimant permanent présente de petites vibrations et une bonne stabilité de fonctionnement.


4) Densité de puissance et efficacité élevées.


Par rapport aux moteurs ordinaires, les moteurs à aimants permanents ont une densité de puissance élevée, ce qui signifie principalement que les moteurs à aimants permanents sont de petite taille et importants en termes de production ou de sortie d'énergie.


Par rapport aux moteurs ordinaires, les économies d'énergie peuvent atteindre 20 à 40 %. La structure du rotor du moteur à aimant permanent est différente de celle du moteur ordinaire.


Les pôles à aimant permanent sont installés sur le rotor du moteur à aimant permanent ; la bobine d'excitation est installée sur le rotor du moteur ordinaire et le champ magnétique doit être alimenté en courant.
Par rapport aux moteurs traditionnels, n’importe quel point de vitesse permet d’économiser de l’énergie, en particulier à basse vitesse.


5) Petite taille, léger, faible élévation de température


Le moteur à aimant permanent a une structure simple.


En raison de l'utilisation d'aimants permanents haute performance pour fournir le champ magnétique, le champ magnétique entrefer du moteur à aimant permanent est considérablement amélioré par rapport aux moteurs ordinaires, tandis que le volume et le poids des moteurs à aimant permanent sont considérablement réduits par rapport aux moteurs ordinaires. .


Les tailles et les formes sont également flexibles. L'excitation non électrique du rotor signifie qu'il n'y a pas de perte ni de génération de chaleur.


Par conséquent, l’échauffement des moteurs à aimants permanents est généralement très faible.


6) Taux d'échec inférieur, largement utilisé


En raison de l'utilisation de matériaux à aimants permanents de terres rares de haute performance pour fournir le champ magnétique, le taux de défaillance est plus faible et l'utilisation est plus courante.


7) Grand couple de démarrage et bonnes performances


Étant donné que l'enroulement du rotor ne fonctionne pas lorsque le moteur à aimant permanent fonctionne normalement, l'enroulement du rotor peut être conçu pour répondre pleinement aux exigences d'un couple de démarrage élevé, par exemple de 1.8 fois à 2.5 fois, voire plus.


5. Quelle est la durée de vie d’un moteur à aimant permanent aux terres rares ? Le magnétisme va-t-il s’affaiblir avec le temps ?


La durée de vie du moteur à aimant permanent est généralement de 15 à 20 ans et la durée de vie du moteur dépend principalement de l'entretien de l'utilisateur.


De plus, la qualité de l'environnement d'utilisation du moteur à aimant permanent et les facteurs tels que l'électricité, le magnétisme, la chaleur, les vibrations et d'autres facteurs que le moteur reçoit pendant l'utilisation affecteront la durée de vie du moteur synchrone à aimant permanent !


Les aimants généraux ont une durée de vie. Lorsqu'il est utilisé pendant un certain nombre d'années, le magnétisme s'affaiblit, mais les propriétés magnétiques des matériaux à aimants permanents NdFeB changent très peu avec le temps, et les aimants permanents aux terres rares respectent la durée de vie nominale du moteur (10 à 20 ans).


L'atténuation des performances magnétiques est inférieure à 3 %. Avec la conception du moteur et la technologie de contrôle électronique existantes, cela a peu d’impact sur les performances globales du moteur.


Raisons de la démagnétisation des moteurs à aimants permanents :


01. Mauvaise sélection des nuances d'acier magnétiques


Si le calcul de la conception du moteur n'est pas assez précis et qu'une qualité inférieure est mal sélectionnée, comme par exemple l'aimant permanent de 180°C doit être sélectionné mais 155°C est mal sélectionné, il peut y avoir une telle situation : le test initial L'indice record du processus de test est très bon. À mesure que le moteur tend progressivement à être thermiquement stable, les indicateurs pertinents du moteur commencent à se détériorer et à s'écarter de plus en plus des attentes de conception. À un certain moment, le courant augmente fortement, l'onduleur s'arrête rapidement et un code de surintensité s'affiche. Testez à nouveau les caractéristiques à vide du moteur, indiquant que le moteur a perdu son magnétisme et que l'acier magnétique doit être remplacé.


02. Surchauffe du problème de démagnétisation


La perte de magnétisme due à la surchauffe est un sujet sensible, et la diminution des propriétés magnétiques des aimants peut également entraîner des problèmes de surintensité et de surchauffe. Si l'influence des propriétés magnétiques de l'acier magnétique est exclue et que seul le facteur thermique est pris en compte, on peut déterminer qu'il existe deux situations dans lesquelles le phénomène de démagnétisation par surchauffe se produira : premièrement, le chemin de ventilation de circulation dans le moteur est déraisonnable, qui viole la loi naturelle de conduction du froid et de la chaleur, entraînant une accumulation localisée de chaleur ; Deuxièmement, la charge thermique de l'enroulement est trop élevée et la génération de chaleur dépasse le niveau d'échange thermique du système d'échange thermique du moteur.


03. Le problème du courant de démagnétisation excessif


Lorsque le moteur tourne, lorsque le courant de charge dépasse la capacité anti-démagnétisation de l'aimant, cela provoquera une démagnétisation irréversible de l'aimant, ce qui augmentera encore le courant de charge et aggravera la démagnétisation irréversible de l'aimant. Cette réciprocité accélère la démagnétisation irréversible jusqu'à la démagnétisation.


Comment prévenir la démagnétisation des moteurs à aimants permanents ?


01. Sélection correcte de la puissance du moteur à aimant permanent :


La démagnétisation est liée à la sélection de puissance des moteurs à aimants permanents. Une sélection correcte de la puissance du moteur PM peut empêcher ou retarder la démagnétisation. La principale raison de la démagnétisation du moteur synchrone à aimant permanent est que la température est trop élevée et que la surcharge est la principale raison de la température élevée. Il convient donc de laisser une certaine marge lors du choix de la puissance du moteur à aimant permanent. Selon la situation réelle de la charge, environ 20 % est généralement plus approprié.


02. Évitez les démarrages à forte charge et les démarrages fréquents :


Les moteurs synchrones à aimants permanents tentent d'éviter le démarrage direct ou le démarrage fréquent de charges lourdes. Pendant le processus de démarrage, le couple de démarrage oscille et, dans la section vallée du couple de démarrage, le champ magnétique du stator démagnétise le pôle magnétique du rotor. Par conséquent, essayez d’éviter la charge lourde et les démarrages fréquents du moteur synchrone à aimant permanent.


03. Améliorer la conception :


(1) Augmentez de manière appropriée l’épaisseur de l’aimant permanent :


Du point de vue de moteur synchrone à aimant permanent conception et fabrication, la relation entre la réaction d'induit, le couple électromagnétique et la démagnétisation de l'aimant permanent doit être prise en compte.


Sous l'action combinée du flux magnétique produit par le courant d'enroulement de couple et du flux magnétique produit par l'enroulement à force radiale, les aimants permanents sur la surface du rotor provoquent facilement une démagnétisation.


À condition que l'entrefer du moteur reste inchangé, pour garantir que l'aimant permanent ne se démagnétise pas, la méthode la plus efficace consiste à augmenter de manière appropriée l'épaisseur de l'aimant permanent.


(2) Il y a un circuit de rainures de ventilation à l'intérieur du rotor pour réduire l'augmentation de la température du rotor :


Si la température du rotor est trop élevée, l’aimant permanent provoquera une perte irréversible du magnétisme. Dans la conception structurelle, le circuit de ventilation interne du rotor peut être conçu pour refroidir directement l'acier magnétique. Non seulement réduit la température de l'acier magnétique, mais améliore également son efficacité.

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