ما هي المواد المغناطيسية المستخدمة عادة في المحركات؟

تشتمل مواد المغناطيس الدائم المستخدمة بشكل شائع في المحركات على مغناطيسات ملبدة ومغناطيسات ملتصقة، والأنواع الرئيسية هي AlNiCo، والفيريت، وSmCo، وNdFeB، وما إلى ذلك.

النيكو: مادة المغناطيس الدائم آلنيكو هي أقدم مادة مغناطيسية دائمة مستخدمة على نطاق واسع، وعملية تحضيرها وتكنولوجياها ناضجة نسبيًا. في الوقت الحاضر، توجد مصانع تنتجها في اليابان والولايات المتحدة وأوروبا وروسيا والصين.

مادة الفريت الدائمة: في الخمسينيات من القرن العشرين، بدأ ازدهار الفريت، وخاصة في السبعينيات، عندما تم إنتاج فيريت السترونشيوم ذو الأداء الجيد في القوة القسرية والطاقة المغناطيسية بكميات كبيرة، مما أدى إلى توسيع استخدام الفريت الدائم بسرعة. باعتباره مادة مغناطيسية غير معدنية، لا يعاني الفريت من عيوب الأكسدة السهلة ودرجة حرارة كوري المنخفضة والتكلفة العالية للمواد المغناطيسية الدائمة المعدنية، لذلك فهو شائع جدًا.

مادة الكوبالت الساماريوم: مادة مغناطيسية دائمة ذات خصائص مغناطيسية ممتازة ظهرت في منتصف الستينيات، وأداؤها مستقر للغاية. يعتبر الكوبالت الساماريوم مناسبًا بشكل خاص لتصنيع المحركات من حيث الخصائص المغناطيسية، ولكن نظرًا لسعره المرتفع، فإنه يستخدم بشكل أساسي في البحث والتطوير للمحركات العسكرية مثل الطيران والفضاء والأسلحة، والمحركات في مجالات التكنولوجيا الفائقة عالية الأداء.

مادة ندفيب:المادة المغناطيسية NdFeB هي سبيكة من النيوديميوم وأكسيد الحديد وما إلى ذلك، والمعروفة أيضًا باسم الفولاذ المغناطيسي. تتمتع بطاقة مغناطيسية عالية للغاية وقوة إجبارية. في الوقت نفسه، فإن مزايا كثافة الطاقة العالية تجعل مادة المغناطيس الدائم NdFeB تستخدم على نطاق واسع في الصناعة الحديثة والتكنولوجيا الإلكترونية، مما يجعل من الممكن تصغير وتخفيف وترقيق المعدات مثل الآلات والمحركات الكهروصوتية والفصل المغناطيسي والمغناطيسية. نظرًا لأنها تحتوي على كمية كبيرة من النيوديميوم والحديد، فمن السهل أن تصدأ.

تأثير المواد المغناطيسية على أداء المحرك

من الخصائص البنيوية للمحرك أن القطب الثابت يتكون من مواد مغناطيسية دائمة. تؤثر جودة المادة المغناطيسية بشكل مباشر على حجم الدائرة المغناطيسية للمحرك وحجم المحرك وكذلك المؤشرات الوظيفية وخصائص الحركة. تسمى المواد المغناطيسية الدائمة أيضًا المواد المغناطيسية الصلبة. الخصائص الرئيسية هي قوة إجبارية كبيرة (قوة إجبارية) وكثافة تدفق متبقية عالية. بعد مغناطيسية التشبع، لا تزال المادة المغناطيسية الدائمة قادرة على الحفاظ على مغناطيسية مستقرة لفترة طويلة بعد إزالة المجال المغناطيسي الخارجي، وإثارة محرك المغناطيس الدائم، وإنشاء مجال مغناطيسي ثابت في فجوة الهواء.

بقايا Br، قوة قسرية Hcb

بعد أن يتم مغنطة المغناطيس الدائم إلى التشبع، يتم تقليل شدة المجال المغناطيسي (شدة المجال المغناطيسي) H للحقل المغناطيسي الخارجي تدريجيًا إلى الصفر، ويتم تقليل كثافة التدفق المغناطيسي (كثافة تدفق المغناطيس) B للمغناطيس الدائم من Bs إلى Br، ويسمى Br بالباقي. يتم تطبيق المجال المغناطيسي العكسي لتقليل Br إلى الصفر. تسمى القيمة المطلقة لشدة المجال المغناطيسي العكسي في هذا الوقت قوة الإكراه الحثية المغناطيسية، أو القوة القسرية (القوة القسرية) Hcb باختصار، كما هو موضح في الشكل أدناه. يسمى منحنى المغناطيسية المغلقة BH الذي يتشكل عن طريق تغيير شدة المجال المغناطيسي للحقل المغناطيسي الخارجي باستمرار وببطء لدورة بحلقة الهستيريسيس (حلقة الهستيريسيس المغناطيسية). حلقة الهستيريسيس في الربع الثاني هي منحنى إزالة المغناطيسية (منحنى إزالة المغناطيسية)، وهو منحنى السمة الأساسية للمواد المغناطيسية الدائمة وأساس مهم لتوصيف جودة المواد المغناطيسية الدائمة.

نفاذية الارتداد r

بعد أن يتم مغنطة المغناطيس الدائم، تتم إزالة المجال المغناطيسي الخارجي، والكثافة المغناطيسية هي Br. تحت تأثير مجال إزالة المغناطيسية، تنخفض الكثافة المغناطيسية إلى نقطة معينة على طول منحنى إزالة المغناطيسية، مثل النقطة K في الشكل أعلاه، ثم يتم تقليل تأثير إزالة المغناطيسية حتى قوة المجال H = 0، ولكن الكثافة المغناطيسية لا تعود إلى Br على طول منحنى إزالة المغناطيسية، ولكن إلى نقطة أقل، مثل النقطة M. لاحقًا، عندما تزداد قوة مجال إزالة المغناطيسية إلى Hk، ستتبع الكثافة المغناطيسية المنحنى الجديد إلى النقطة K، وتشكل حلقة صغيرة محلية. نظرًا لأن مساحة الحلقة المحلية صغيرة جدًا، فيمكن تمثيلها تقريبًا بخط مستقيم KM، والذي يسمى خط الارتداد. يسمى منحدر خط الارتداد نفاذية الارتداد r، وهو يساوي تقريبًا منحدر منحنى إزالة المغناطيسية عند Br، أي أن خط الارتداد موازٍ للخط المماس عند Br على منحنى إزالة المغناطيسية. r هو معلمة مهمة للتشغيل الديناميكي للمواد المغناطيسية الدائمة. عندما تكون r صغيرة، تتمتع المادة المغناطيسية الدائمة بأداء ديناميكي أفضل.

التماثل والتباين

بسبب عمليات التصنيع المختلفة، تنقسم مواد المغناطيس الدائم إلى متجانسة الخواص (Iotropy) ومتباينة الخواص (Anisotropy). تكون محاور المغناطيسية السهلة للحبيبات المختلفة في المغناطيس الدائم المتجانس الخواص موجهة بشكل غير منظم، وبالتالي فإن بقايا البروم منخفضة، ونحو نصف شدة الحث المغناطيسي التشبعي Bs فقط، ويكون ناتج الطاقة المغناطيسية القصوى المقابلة (BH)max صغيرًا أيضًا. تتشكل المغناطيسات الدائمة المتباينة الخواص بواسطة المجال المغناطيسي ثم يتم تلبيدها (أو لفها). يتم ترتيب محاور المغناطيسية السهلة لحبيباتها في نفس الاتجاه على طول المجال المغناطيسي المتشكل، ويكون البروم قريبًا من Bs، بحيث يكون البروم أعلى بنحو مرتين من متجانس الخواص، وبالنسبة للفيريت (BH)max. يكون أعلى بنحو أربع مرات. لذلك، تستخدم مغناطيسات المحرك عادةً مواد متباينة الخواص.