Những vật liệu nam châm thường được sử dụng trong động cơ là gì?
Các vật liệu nam châm vĩnh cửu thường được sử dụng trong động cơ bao gồm nam châm thiêu kết và nam châm liên kết, các loại chính là AlNiCo, ferit, SmCo, NdFeB, v.v.
Alnico: Vật liệu nam châm vĩnh cửu Alnico là vật liệu nam châm vĩnh cửu được sử dụng rộng rãi sớm nhất, quy trình chế tạo và công nghệ tương đối hoàn thiện. Hiện nay, có các nhà máy sản xuất ở Nhật Bản, Hoa Kỳ, Châu Âu, Nga và Trung Quốc.
Vật liệu ferit vĩnh cửu: Vào những năm 1950, ferrite bắt đầu phát triển mạnh, đặc biệt là vào những năm 1970, khi ferrite stronti có hiệu suất tốt về lực kháng từ và sản phẩm năng lượng từ được đưa vào sản xuất với số lượng lớn, nhanh chóng mở rộng việc sử dụng ferrite vĩnh cửu. Là vật liệu từ phi kim loại, ferrite không có nhược điểm là dễ bị oxy hóa, nhiệt độ Curie thấp và chi phí cao của vật liệu nam châm vĩnh cửu kim loại, vì vậy nó rất phổ biến.
Vật liệu Samari coban: Một vật liệu nam châm vĩnh cửu có tính chất từ tuyệt vời xuất hiện vào giữa những năm 1960 và hiệu suất của nó rất ổn định. Samari coban đặc biệt thích hợp để sản xuất động cơ về mặt tính chất từ, nhưng do giá thành cao nên chủ yếu được sử dụng trong nghiên cứu và phát triển động cơ quân sự như hàng không, vũ trụ và vũ khí, và động cơ trong các lĩnh vực công nghệ cao hiệu suất cao.
Vật liệu NdFeB: Vật liệu từ NdFeB là hợp kim của neodymium, oxit sắt, v.v., còn được gọi là thép từ. Nó có tích năng lượng từ cực cao và lực kháng từ. Đồng thời, ưu điểm về mật độ năng lượng cao khiến vật liệu nam châm vĩnh cửu NdFeB được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp hiện đại và công nghệ điện tử, giúp thu nhỏ, làm nhẹ và làm mỏng các thiết bị như dụng cụ, động cơ điện tử, tách từ và từ hóa. Vì chứa một lượng lớn neodymium và sắt nên dễ bị gỉ.
Ảnh hưởng của vật liệu từ tính đến hiệu suất động cơ
Một trong những đặc điểm cấu trúc của động cơ là cực stato được cấu tạo từ vật liệu từ vĩnh cửu. Chất lượng của vật liệu từ ảnh hưởng trực tiếp đến kích thước của mạch từ động cơ, thể tích của động cơ cũng như các chỉ số chức năng và đặc điểm chuyển động. Vật liệu từ vĩnh cửu còn được gọi là vật liệu từ cứng. Các đặc điểm chính là lực kháng từ lớn (Coercive Force) và mật độ từ thông dư cao. Sau khi từ hóa bão hòa, vật liệu từ vĩnh cửu vẫn có thể duy trì từ tính ổn định trong một thời gian dài sau khi loại bỏ từ trường bên ngoài, kích thích động cơ nam châm vĩnh cửu và thiết lập từ trường không đổi trong khe hở không khí.
Lực từ dư Br, lực cưỡng bức Hcb
Sau khi nam châm vĩnh cửu được từ hóa đến bão hòa, cường độ từ trường (Magnetic Field Intensity) H của từ trường ngoài giảm dần đến 0, và mật độ từ thông (Magnet Flux Density) B của nam châm vĩnh cửu giảm từ Bs đến Br, và Br được gọi là từ dư. Từ trường ngược được áp dụng để giảm Br đến 0. Giá trị tuyệt đối của cường độ từ trường ngược tại thời điểm này được gọi là lực kháng cảm ứng từ, hoặc lực kháng (Coercive Force) Hcb viết tắt, như thể hiện trong hình dưới đây. Đường cong từ hóa khép kín BH được hình thành bởi sự thay đổi liên tục và chậm cường độ từ trường của từ trường ngoài trong một chu kỳ được gọi là vòng từ trễ (Magnetic hysteresis loop). Vòng từ trễ ở góc phần tư thứ hai là đường cong khử từ (Demagnetization Curve), đây là đường cong đặc trưng cơ bản của vật liệu từ vĩnh cửu và là cơ sở quan trọng để đặc trưng cho chất lượng của vật liệu từ vĩnh cửu.
Độ thấm giật lùi r
Sau khi nam châm vĩnh cửu được từ hóa, từ trường bên ngoài bị loại bỏ và mật độ từ là Br. Dưới tác động của trường khử từ, mật độ từ giảm xuống một điểm nhất định dọc theo đường cong khử từ, chẳng hạn như điểm K trong hình trên, sau đó hiệu ứng khử từ giảm cho đến khi cường độ từ trường H = 0, nhưng mật độ từ không trở lại Br dọc theo đường cong khử từ, mà đến một điểm thấp hơn, chẳng hạn như điểm M. Sau đó, khi cường độ trường khử từ tăng lên Hk, mật độ từ sẽ theo đường cong mới đến điểm K, tạo thành một vòng lặp cục bộ nhỏ. Vì diện tích của vòng lặp cục bộ rất nhỏ, nên nó có thể được biểu diễn gần đúng bằng một đường thẳng KM, được gọi là đường giật lùi. Độ dốc của đường giật lùi được gọi là độ từ thẩm r, gần bằng độ dốc của đường cong khử từ tại Br, nghĩa là đường giật lùi song song với đường tiếp tuyến tại Br trên đường cong khử từ. r là một tham số quan trọng đối với hoạt động động của vật liệu từ vĩnh cửu. Khi r nhỏ, vật liệu từ vĩnh cửu có hiệu suất động tốt hơn.
Đẳng hướng và dị hướng
Do các quy trình chế tạo khác nhau, vật liệu nam châm vĩnh cửu được chia thành đẳng hướng (Iotropy) và dị hướng (Anisotropy). Các trục từ hóa dễ của các hạt khác nhau trong nam châm vĩnh cửu đẳng hướng được định hướng hỗn loạn, do đó độ từ dư Br thấp, chỉ bằng khoảng một nửa cường độ cảm ứng từ bão hòa Bs và tích năng lượng từ cực đại tương ứng (BH)max cũng nhỏ. Nam châm vĩnh cửu dị hướng được hình thành bởi từ trường và sau đó được thiêu kết (hoặc cán). Các trục từ hóa dễ của các hạt của chúng được sắp xếp theo cùng một hướng dọc theo từ trường hình thành và Br gần với Bs, do đó Br cao gấp khoảng hai lần so với đẳng hướng và đối với ferit (BH)max. Nó cao hơn gần bốn lần. Do đó, nam châm động cơ thường sử dụng vật liệu dị hướng.
