בהשוואה למנועי עירור חשמליים מסורתיים, למנועי מגנט קבועים, במיוחד למנועי מגנט קבועים של אדמה נדירים, יש מבנה פשוט ופעולה אמינה.נפח קטן וקל משקל;הפסד נמוך ויעילות גבוהה;הצורה והגודל של המנוע יכולים להיות גמישים ומגוונים.לכן, טווח היישומים רחב ביותר, כמעט בכל תחומי התעופה והחלל, ההגנה הלאומית, הייצור התעשייתי והחקלאי וחיי היומיום.התכונות והיישומים העיקריים של מספר מנועי מגנט קבוע טיפוסיים מוצגים להלן.
1. בהשוואה לגנראטורים מסורתיים, גנרטורים סינכרוניים של מגנט קבוע לאדמה נדירים אינם צריכים טבעות החלקה והתקני מברשת, עם מבנה פשוט ושיעור כשל מופחת.המגנט הקבוע של כדור הארץ הנדיר יכול גם להגדיל את הצפיפות המגנטית של פער האוויר, להגביר את מהירות המנוע לערך האופטימלי ולשפר את יחס ההספק למסה.גנרטורים למגנטים קבועים של אדמה נדירים נמצאים כמעט כולם בשימוש במחוללי תעופה וחלל עכשוויים.המוצרים האופייניים לה הם 150 kVA 14 קוטבי 12,000 r/min ~ 21,000 r/min ו-100 kVA 60,000 r/min, גנרטורים סינכרוניים של קובלט קבוע מגנט קבוע של אדמה נדירה, המיוצרים על ידי General Electric Company of America.מנוע המגנט הקבוע הראשון של כדור הארץ הנדיר שפותח בסין הוא מחולל מגנט קבוע של 3 קילוואט 20,000 r/min.
גנרטורים מגנטים קבועים משמשים גם כמעוררי עזר לטורבו-גנרטורים גדולים.בשנות ה-80, סין פיתחה בהצלחה את מעורר העזר המגנט הקבוע של אדמה נדירה הגדולה בעולם עם קיבולת של 40 kVA~160 kVA, ומצוידת במחוללי טורבו של 200 MW ~ 600 MW, מה ששיפר מאוד את האמינות של פעולת תחנת הכוח.
כיום, גנרטורים קטנים המונעים על ידי מנועי בעירה פנימית, גנרטורים מגנטים קבועים לכלי רכב, ומחוללי רוח מגנט קבוע קטנים המונעים ישירות על ידי גלגלי רוח זוכים לפופולריות.
2. מנוע סינכרוני מגנט קבוע ביעילות גבוהה בהשוואה למנוע אינדוקציה, מנוע סינכרוני מגנט קבוע אינו זקוק לזרם עירור תגובתי, מה שיכול לשפר משמעותית את גורם ההספק (עד 1 או אפילו קיבולי), להפחית את זרם הסטטור ואובדן ההתנגדות של הסטטור, ואין אובדן נחושת רוטור במהלך פעולה יציבה, ובכך מפחית את המאוורר (מנוע בעל קיבולת קטנה יכול אפילו להסיר את המאוורר) ואת אובדן החיכוך הרוחני המקביל.בהשוואה למנוע אינדוקציה מאותו מפרט, ניתן להגדיל את היעילות ב-2 ~ 8 נקודות אחוז.יתר על כן, המנוע הסינכרוני של המגנט הקבוע יכול לשמור על יעילות גבוהה ומקדם הספק בטווח העומס המדורג של 25% ~ 120%, מה שהופך את אפקט החיסכון באנרגיה למדהים יותר בעת ריצה תחת עומס קל.בדרך כלל, סוג זה של מנוע מצויד בפיתול התחלה על הרוטור, אשר יש לו את היכולת להתחיל ישירות בתדר ומתח מסוימים.כיום הוא משמש בעיקר בשדות נפט, תעשיות טקסטיל וסיבים כימיים, תעשיות קרמיקה וזכוכית, מאווררים ומשאבות עם זמן פעולה שנתי ארוך וכו'.
מנוע סינכרוני מגנט קבוע NdFeB עם יעילות גבוהה ומומנט התנעה גבוה שפותח באופן עצמאי על ידי ארצנו יכול לפתור את הבעיה של "עגלה גדולה רתומה לסוסים" ביישומי שדה נפט.מומנט ההתחלה גדול ב-50% ~ 100% מזה של מנוע האינדוקציה, שיכול להחליף את מנוע האינדוקציה במספר בסיס גדול יותר, ושיעור החיסכון בחשמל הוא כ-20%.
בתעשיית הטקסטיל, מומנט האינרציה של העומס גדול, מה שדורש מומנט מתיחה גבוה.עיצוב סביר של מקדם דליפה ללא עומס, יחס קוטב בולט, התנגדות הרוטור, גודל מגנט קבוע וסיבובי סטטור של מנוע סינכרוני מגנט קבוע יכולים לשפר את ביצועי המתיחה של מנוע מגנט קבוע ולקדם את היישום שלו בתעשיות טקסטיל וסיבים כימיים חדשים.
המאווררים והמשאבות המשמשים בתחנות כוח בקנה מידה גדול, מכרות, נפט, תעשיות כימיות ואחרות הם צרכני אנרגיה גדולים, אך היעילות ומקדם ההספק של המנועים המשמשים כיום נמוכים.שימוש במגנטים קבועים של NdFeB לא רק משפר את היעילות ואת גורם ההספק, חוסך באנרגיה, אלא גם בעל מבנה ללא מברשות, המשפר את אמינות הפעולה.נכון לעכשיו, מנוע סינכרוני מגנט קבוע 1 120kW הוא מנוע התנעה אסינכרוני אסינכרוני החזק ביותר בעולם, בעל יעילות גבוהה, מנוע מגנט קבוע לאדמה נדירה.היעילות שלו גבוהה מ-96.5% (יעילות מנוע זהה היא 95%), ומקדם ההספק שלו הוא 0.94, מה שיכול להחליף את המנוע הרגיל ב-1 ~ 2 דרגות הספק גדולות ממנו.
3. מנוע AC סרוו מגנט קבוע ומנוע מגנט קבוע DC ללא מברשות משתמשים כעת יותר ויותר באספקת חשמל בתדר משתנה ובמנוע AC כדי ליצור מערכת בקרת מהירות AC במקום מערכת בקרת מהירות מנוע DC.במנועי AC, המהירות של מנוע סינכרוני מגנט קבוע שומרת על קשר קבוע עם תדר אספקת החשמל במהלך פעולה יציבה, כך שניתן להשתמש בו ישירות במערכת בקרת מהירות תדר משתנה בלולאה פתוחה.סוג זה של מנוע מופעל בדרך כלל על ידי עלייה הדרגתית של התדר של ממיר התדרים.אין צורך להגדיר את פיתול ההתחלה על הרוטור, והמברשת והקומוטטור מושמטים, כך שהתחזוקה נוחה.
מנוע מגנט קבוע סינכרוני עצמי מורכב ממנוע סינכרוני מגנט קבוע המופעל על ידי ממיר תדרים ומערכת בקרת לולאה סגורה של מיקום הרוטור, אשר לא רק בעל ביצועי ויסות מהירות מצוינים של מנוע DC נרגש חשמלית, אלא גם מממש ללא מברשות.הוא משמש בעיקר בהזדמנויות עם דיוק ואמינות בקרה גבוהים, כגון תעופה, תעופה וחלל, כלי מכונות CNC, מרכזי עיבוד שבבי, רובוטים, כלי רכב חשמליים, ציוד היקפי למחשבים וכו'.
כיום פותחו מנוע סינכרוני מגנט קבוע ומערכת הנעה NdFeB עם טווח מהירויות רחב ויחס מהירות כוח Gao Heng, עם יחס מהירות של 1:22,500 ומהירות מוגבלת של 9,000 סל"ד לדקה.המאפיינים של יעילות גבוהה, רטט קטן, רעש נמוך וצפיפות מומנט גבוהה של מנוע מגנט קבוע הם המנועים האידיאליים ביותר בכלי רכב חשמליים, מכונות ומכשירי נהיגה אחרים.
עם השיפור המתמיד ברמת החיים של אנשים, הדרישות למכשירי חשמל ביתיים הולכות וגדלות.למשל, המזגן הביתי הוא לא רק צרכן חשמל גדול, אלא גם מקור הרעש העיקרי.מגמת הפיתוח שלו היא להשתמש במנוע DC ללא מברשות מגנט קבוע עם ויסות מהירות ללא מדרגות.הוא יכול להתאים אוטומטית למהירות מתאימה בהתאם לשינוי בטמפרטורת החדר ולפעול לאורך זמן, להפחית רעש ורעידות, לגרום לאנשים להרגיש יותר בנוח, ולחסוך 1/3 מהחשמל בהשוואה למזגן ללא ויסות מהירות.מקררים אחרים, מכונות כביסה, אוספי אבק, מאווררים וכו' עוברים בהדרגה למנועי DC ללא מברשות.
4. מנוע DC מגנט קבוע מנוע DC מאמץ עירור מגנט קבוע, אשר לא רק שומר על מאפייני ויסות המהירות הטובים והמאפיינים המכניים של מנוע DC נרגש חשמלית, אלא יש לו גם את המאפיינים של מבנה וטכנולוגיה פשוטים, נפח קטן, צריכת נחושת נמוכה, גבוהה יעילות וכו' כי פיתול עירור ואובדן עירור מושמטים.לכן, מנועי DC מגנט קבוע נמצאים בשימוש נרחב ממכשירי חשמל ביתיים, מכשירים אלקטרוניים ניידים, כלים חשמליים ועד מהירות מדויקת ומערכות שידור מיקום הדורשות ביצועים דינמיים טובים.בקרב מנועי מיקרו DC מתחת ל-50W, מנועי מגנט קבוע מהווים 92%, בעוד אלו מתחת ל-10W מהווים יותר מ-99%.
נכון לעכשיו, תעשיית הרכב בסין מתפתחת במהירות, ותעשיית הרכב היא המשתמשת הגדולה ביותר במנועי מגנט קבועים, שהם מרכיבי המפתח של מכוניות.במכונית יוקרתית במיוחד ישנם יותר מ-70 מנועים בעלי מטרות שונות, רובם מיקרו-מנועי DC מגנט קבוע במתח נמוך.כאשר משתמשים במגנטים קבועים של NdFeB וגלגלי שיניים פלנטריים במנועי סטרטר למכוניות ואופנועים, ניתן להפחית את האיכות של מנועי המתנע בחצי.
סיווג מנועי מגנט קבועים
ישנם סוגים רבים של מגנטים קבועים.על פי תפקוד המנוע, ניתן לחלק אותו באופן גס לשתי קטגוריות: מחולל מגנט קבוע ומנוע מגנט קבוע.
ניתן לחלק מנועי מגנט קבוע למנועי DC של מגנט קבוע ולמנועי AC מגנט קבוע.מנוע AC מגנט קבוע מתייחס למנוע סינכרוני רב פאזי עם רוטור מגנט קבוע, ולכן הוא נקרא לעתים קרובות מנוע סינכרוני מגנט קבוע (PMSM).
ניתן לחלק את מנועי DC מגנט קבוע למנועי DC ללא מברשות מגנט קבוע ולמנועי DC ללא מברשות מגנט קבוע (BLDCM) אם הם מסווגים לפי אם יש מתגים חשמליים או קומוטטורים.
כיום, התיאוריה והטכנולוגיה של אלקטרוניקת הכוח המודרנית מתפתחות מאוד בעולם.עם הופעתם של מכשירים אלקטרוניים כוחניים, כגון MOSFET, IGBT ו-MCT, התקני הבקרה עברו שינויים מהותיים.מאז F. Blaceke הציג את העיקרון של בקרת וקטור של מנוע AC בשנת 1971, פיתוח טכנולוגיית בקרת וקטור יזם עידן חדש של בקרת כונן AC סרוו, ומעבדים שונים בעלי ביצועים גבוהים נדחקו ללא הרף, מה שהאיץ עוד יותר את הפיתוח של מערכת סרוו AC במקום מערכת סרוו DC.זוהי מגמה בלתי נמנעת שמערכת סרוו AC-I מחליפה את מערכת סרוו DC.עם זאת, מנוע סינכרוני מגנט קבוע (PMSM) עם EMF אחורי סינוסואיד ומנוע DC ללא מברשות (BLIX~) עם EMF אחורי טרפז יהפוך בוודאי לזרם המרכזי של פיתוח מערכת סרוו AC בעלת ביצועים גבוהים בגלל הביצועים המצוינים שלהם.