Wprowadzenie do magnesów silnikowych

Silniki z magnesami trwałymi wykorzystują magnes trwały jako źródło wzbudzenia. Oprócz zmniejszenia zużycia energii, wydajność operacyjna silnika może być również zwiększona. Silniki z magnesami trwałymi wykorzystują kilka rodzajów materiałów magnetycznych trwałych, w tym magnesy AlNiCo, magnesy ferrytowe i magnesy trwałe ziem rzadkich. Magnesy AlNiCo zostały opracowane w latach 30. XX wieku i wyróżniają się wysoką remanencją, temperaturą Curie, zdolnością cieplną i odpornością na korozję. Jednak magnesy AlNiCo mają wadę niskiej koercji i słabej zdolności antydemagnetyzacyjnej. Wraz z pojawieniem się magnesów trwałych ziem rzadkich udział magnesów AlNiCo w rynku gwałtownie spadł, a następnie magnesy silnikowe AlNiCo są obecnie wykorzystywane tylko przez tachogeneratory.

Magnesy ferrytowe powstały w latach 50. XX wieku i nadal zajmują ogromną część rynku magnesów trwałych. Oprócz wyższej przewagi kosztowej, odporności na korozję i szerokiego zakresu temperatur roboczych, magnesy ferrytowe nie są również narażone na straty prądu wirowego ze względu na wysoką rezystywność elektryczną. Wydajność magnetyczna magnesów ferrytowych jest stosunkowo niska, więc magnesy ferrytowe do silników służą głównie do tanich silników, które mają niskie wymagania dotyczące objętości i wagi.

Ponad dwie trzecie magnesów trwałych ziem rzadkich jest dostarczanych do różnych silników z magnesami trwałymi. Stop Sm-Co typu 1:5, stop Sm-Co typu 2:17 i stop Nd-Fe-B są ogólnie znane jako pierwsza, druga i trzecia generacja magnesów trwałych ziem rzadkich. Magnesy trwałe ziem rzadkich można również klasyfikować jako magnesy wiązane i magnesy spiekane zgodnie z procesem produkcji. Magnesy silnikowe z neodymu wiązanego mają zasadniczo kształt pierścienia i są chwalone za wielobiegunowe namagnesowanie, ale są powszechne w mikrosilnikach ze względu na ograniczenia wydajności magnetycznej. Zarówno spiekane magnesy samarowo-kobaltowe, jak i spiekane magnesy neodymowe mają niską rezystywność elektryczną, więc oba musiały zmierzyć się ze stratą prądu wirowego podczas stosowania w silnikach szybkoobrotowych. Strata prądu wirowego może generować wzrost temperatury magnesu, a następnie powodować nieodwracalne rozmagnesowanie i dodatkowo wpływać na wydajność silnika. Laminowane magnesy to praktyczne rozwiązanie pozwalające zachować równowagę między mocą i ciepłem bez zmiany składu magnesu, struktury silnika i jego wydajności.

Niezaprzeczalnym jest, że spiekane magnesy Samarium Cobalt nadal odgrywają niezastąpioną rolę w niektórych konkretnych zastosowaniach silników, mimo że zawsze krytykowano je za wysokie koszty i słabe właściwości mechaniczne. Najnowsze wysokowydajne magnesy Samarium Cobalt i magnesy Samarium Cobalt o ultrawysokiej temperaturze mogą zapewnić tym silnikom większą swobodę projektowania.

Neodymowe magnesy silnikowe mają zazwyczaj pewne wymagania co do wewnętrznej koercji. Wewnętrzną koercję spiekanych magnesów neodymowych można skutecznie poprawić, dodając niewielkie ilości ciężkich pierwiastków ziem rzadkich (HREE) Dy lub Tb. Aby zaoszczędzić zasoby i koszty HREE, technologia dyfuzji granic ziaren (GBD) została już zastosowana do neodymowych magnesów silnikowych w ciągu ostatnich lat.

Konwencjonalne magnesy neodymowe do silników mają głównie kształt segmentowy lub przybliżony, ale wielobiegunowe spiekane magnesy pierścieniowe są bardziej pożądanym rozwiązaniem w porównaniu z łączeniem kilku magnesów segmentowych. Radialnie zorientowane magnesy pierścieniowe są podstawą realizacji wielobiegunowych spiekanych magnesów pierścieniowych.