Возможность применения в электродвигателях постоянных магнитов без редкоземельных элементов

ЦЕЛЬ. Использование редкоземельных постоянных магнитов в электродвигателях стало обычным явлением. Применение редкоземельных магнитов в электродвигателях, таких как неодим (NdFeB), дает значительные прирост в характеристиках электродвигателя. Цены на электродвигатели с постоянными магнитами из редкоземельных элементов сильно зависят от цен на магниты. Так в 2012 году резко возросли цены на редкоземельные магниты, что в свою очередь привело к резкому увеличению стоимости электродвигателей. Тяжелая ситуации в мире, а также возможный новый скачок цен на редкоземельные магниты вызывает беспокойство. Поэтому необходимо рассмотреть возможность применения альтернатив редкоземельным постоянным магнитам. Целью исследования является изучение и сравнение различных альтернативных вариантов редкоземельным постоянным магнитам. Провести сравнение различных видов электродвигателей. МЕТОДЫ. При решение поставленных задач производился сравнительный анализ магнитов из различных материалов, которые могли бы заменить неодимовые магниты, наиболее часто применяемых в электродвигателях. Также производилось сравнение различных видов электродвигателей. РЕЗУЛЬТАТЫ. В статье описана актуальность рассматриваемой темы. Рассмотрены проблемы, связанные с применением редкоземельных магнитов. Рассмотрены альтернативные варианты редкоземельным магнитам, которые применяются в электродвигателях. Рассмотрены различные виды электродвигателей, приведены плюсы и минусы различных видов электродвигателей. ЗАКЛЮЧЕНИЕ. В статье описаны причины, по которой необходимо отказаться от применения в электродвигателях редкоземельных магнитов (наиболее распространённые неодимовые магниты). Описаны негативные моменты использования редкоземельных магнитов в электродвигателях. Описаны альтернативные варианты применения редкоземельным магнитам в электродвигателях. Так описывается возможность восстановление редкоземельных магнитов, а также возможности применения различных материалов для создания постоянных магнитов. После изучения проблем с применением редкоземельных магнитов в электродвигателях, пришли к выводу, что необходимо рассматривать различные варианты электродвигателей, в которых использовались бы магниты без применения редкоземельных элементов. Или рассматривать различные виды электродвигателей, в которых не применяются постоянные магниты. Так на замену применяемых повсеместно неодимовых магнитов, может прийти ферритовые магниты.

1. Куневич А.В., Подольский А.В., Сидоров И.Н. Ферриты, энциклопедический справочник. В 5 томах, том 1, магниты и магнитные системы. Санкт-Петербург: ЛИК, 2004. 361 с.

2. Вонсовский С.В., Магнетизм. Москва: Главная редакция физико-математической литературы изд-ва «Наука», 1971. 1027 с.

3. Иродов И.Е., Электромагнитизм. Основные законы. 7-е изд. М.:БИНОМ. Лаборатория знаний, 2009. 319 с.

4. Карташов Е.Ю. История открытия и области применения постоянных магнитов на основе РЗМ. Дис. на соискание ученой степени канд. техн. наук. Северск, 2006. Доступно по: https://studopedia.net/16_33095_istoriya-otkritiya-i-oblasti-primeneniya-postoyannih-magnitov-na-osnove-rzm.html. Ссылка активна на 10 апреля 2022.

5. Менушенков В.П. Новые магнитотвредые материалы вопросы использования и область применения // Электротехника. 1999. №10. с.1-4.

6. Лихачев В.Л. Справочник обмотчика асинхронных электродвигателей. М.: СОЛОН-Пресс, 2004. 240 с.

7. Barba P., Savini A., Wiak S. Field Models in Electricity and Magnetism. Springer Science+Business Media, LCC, 2008.

8. Буйновский П.А. Получение магнитных сплавов на основе РЗМ и магнитов из них. Дис. на соискание ученой степени канд. техн. наук. Томск, 2001. Доступно по: https://tekhnosfera.com/view/383853/a#?page=1. Ссылка активна на 10 апреля 2022.

9. Юшина Т.И., Петров И.М., Гришаев С.И., и др. Обзор рынка РЗМ и технологий переработки редкоземельного сырья // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). 2015. №1. с. 577-608.

10. Нагата Х., Сингаки Й. Способ переработки отходов магнитов. Патент РФ на изобретение №2446497. 27.03.2012. Достурно по: http://allpatents.ru/patent/2446497.html. Ссылка активна на 10 апреля 2022.

11. Крюков В.А., Яценко В.А., Крюков Я.В. Редкоземельная промышленность реализовать имеющиеся возможности // Горная промышленность. 2020 №5. с. 68-84.

12. Перельман Ф.М., Зворыкин А.Я. Кобальт и никель. М.: Наука, 1975. 215 с.

13. Мин. П.Г., Вадеев В.Е., Пискороский В.П., и др. Разработка технологии выплавки сплавов системы РЗМ-Fe-Co-B с высокой чистотой по примесям для термостабильных магнитов // Труды ВИАМ. 2016. №1. с. 3-9.

14. Розин П.А., Акимов А.В. Применение магнитотвредых материалов в электрических машинах на транспортных средствах // Известия Московского государственного технического университета МАМИ. 2014. №2(20). С. 12-18.

15. Volyanskaya Ya. B., Volyanskiy S.M., Onischenko O.A. Brushless valve electric drive with minimum equipment excess for autonomous floating vehicle. Electrical Enginerring & Electromechanics. 2017. No.4. pp. 26-33.

16. Coey J.M.D. Magnetism and magnetic materials. Published in the United States of America by Cambridge University Press, New York. 2010. pp. 633.

17. Бербиренков И.А., Лохнин В.В. Тяговые двигатели на постоянных магнитах в электроприводе автомобиля // Электротехнические и информационные комплексы и системы. 2011. №2. С. 10-12.

18. Веселовский О.Н., Годкин М.Н. Индукционные электродвигатели с разомкнутым магнитопроводом. М.: Информэлектро. 1974. 48 с.

19. Мумиков А.Д. Сентюрихин Н.И. Линейные индукционные электрические машины // Вопросы науки и образования. 2018. №8. С. 7-9.

20. Петриков Л.В., Корначенко Г.Н. Асинхронные электродвигатели: Обмоточные данные. Ремонт. Модернизация. М.: Энергоатомиздат. 2000. 496 с.

21. Bobazhanov M.K., Fayziev M.M., Mustaev R.A., et al. Applying the non-contact devices for starting a single-phase asynchronous electric motor. Вестник науки и образования. 2021. №10(113). pp. 31-35.

22. Кутупов И.И., Садыков Д.А., Тимеев А.А. Электроприводы с новыми типами синхронных реактивных машин // Вестник науки. 2021. №7(40). С. 88-91.

23. Нгуен М.Т., Нгуен Ч.Х. Основные достоинства реактивно-вентильных электродвигателей по сравнению с традиционными электродвигателями. Известия Тульского государственного университета // Техника науки. 2014. №8. С. 184-187.

24. Самосейко В.Ф., Шарашкин С.В. Анализ преимуществ реактивных электрических машин при построении гребной электрической установки // Вестник Южно-Уральского государственного универститета. Серия: Энергетика. 2017. №2(17). С. 14-22.

25. Гельвер Ф.А. Конструкции реактивных электрических машин. Характеристики, достоинства и недостатки // Труды Крыловского государственного научного центра. 2020. №1(391). С. 140-150.

26. Крюков В.А., Яценко В.А., Крюков Я.В. Редкоземельная промышленность реализовать имеющиеся возможности // Горная промышленность. 2020. №5. С. 68-84.

27. Enrico L. Electric Machines. Design. Encyclopedia of Physical Science and Technology (Third Edition). 2003. pp. 53-68.

28. Pollefiet J. Electric Machines. Power Electronics. 2018. pp. 16.1-16.76.

29. Lukaszczyk M. Improving efficiency in electric motors. World Pumps. 2014. №1. pp. 36-41.

30. Афанасьев А.Ю., Макаров В.Г., Петров А.А., и др. Синхронный электродвигатель с повышенной скоростью вращения и сбалансированным ротором // Вестник Чувашского университета. 2021. №1. С. 19-26.

31. Yang Y., Qiang H., Chunyun F., et al. Efficiency improvement of permanent magnet synchronous motor for electric vehicles. Energy. 2020. №213.

32. Shen Y., Wei W. Study on the flux-weakening capability of permanent magnet synchronous motor for electric vehicle. Mechatronics. 2016. №38. pp. 115-120.

33. Zhifu W., Jingzhe Y., Chuang C., et al. Phase-phase Short Fault Analysis of Permanent Magnet Synchronous Motor in Electric Vehicles. Energy Procedia. 2016. №88. pp. 915-920.

34. Hamler A., Gorican V., Sustarsic B., at el. The use of soft magnetic composite materials in synchronous electric motor. Jornal of Magnetism and Magnetic Materials. 2006. №2(304). pp. 816-819.

35. Silva P.C., Matos D.S., Nied A., et al. Reduction of synchronous reluctance motor currents with minimization of direct and cross saturation magnetic model. ISA Transactions. 2021. №111. pp. 223-230.

36. Zheming F., Guangwei L., Shi J., et al. Comparative study on torque characteristics pf permanent magnet synchronous reluctance motors with different axial hybrid rotors. Energy Reports. 2022. №5(8). pp. 1349-1359.

37. Мартынов Л.Н. Синхронный гибридный электродвигатель // XVII Международная научно-практическая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Современные техника и технологии». 2011. С. 492-493.

38. Смирнов А.Ю. Вопросы классификации электрических машин для бесконтактного синхронного привода // Труды Нижегородского государственного технического университета им. Р.Е. Алексеева. 2011. №2(87). С. 162-169.

39. Pyrkin A., Isidori A., Borisov O. Output Robust Tracking Control of Permanent Magnet Synchronous Motors. IFAC-PapersOnLine. 2021. №14(54). pp. 197-202.

40. Adly A.A., Huzayyin A. The impact of demagnetization on the feasibility of permanent magnet synchronous motors in industry applications. Journal of Advanced Research. 2019. №17. pp. 103-108.

41. Дмитриевский В.А., Прахт В.А., Казакбаев В.М., и др. Экспериментальное сравнение асинхронного и синхронного реактивного электродвигате лей // Труды Международной шестнадцатой научно-технической конференции «Электроприводы переменного тока». 2015. С. 19-22.

42. Шрейнер Р.Т., Шилин С.И., Медведев А.В. Математическое моделирование синхронных реактивных двигателей в составе частотно-регулируемого электропривода // Труды международной семнадцатой научно-технической конференции «Электроприводы переменного тока. 2018. с. 58-63.

43. Gennaro M., Jurgens J., Zanon A., et al. Designing, prototyping and testing of a ferrite permanent magnet assisted synchronous reluctance machine for hybrid and electric vehicles applications. Sustainable Energy Technologies and Assessment. 2019. №31. pp 86-101.

44. Кузнецов М.И. Основы электротехники. Москва: Высшая школа, 1970. 368 с.

45. Коршунов А.И. Электромагнитный момент синхронного двигателя с постоянными магнитами // Известие высших учебных заведений. Приборостроение . 2015. №1(58). С. 61-66.

46. Jani N.S., Jamnani G.J. Performance analysis and comparison of PM-Assisted synchronous reluctance motor with ferrites and Rare-earth magnet materials. Materialstoday: PROCEEDINGS. 2022.

47. Kuznetcov V., Zykov N., Ivanov M. Technique of Evolutionary Optimization Permanent-magnet Synchronous Motors. Procedia Computer Science. 2017. №103. pp. 198-204.

48. Кондратьев В.Б. Глобальный рынок редкоземельных металлов // Горная промышленность. 2017. №4 (134). С. 48-54.

49. Breton J-M.L. Ferrite Magnets: Properties and Applications. Encyclopedia of Materials: Technical Ceramics and Glasses. 2021. №3. pp. 206-216.

50. Galioto S.J., Reddy P.B., El-Refaie A.M., et al. Effect of Magnet Types on Performance of High-Speed Spoke Interior-Permanent-Magnet Machines Designed for Traction Applications. IEEE Transactions on Industry Applications. 2015. №3(51). pp. 2148-2160.

51. Сафин А.Р., Грачева Е.И., Ranjan K.B., Петров Т.И. Использование ферритовых магнитов в синхронных двигателях с постоянными магнитами // Вестник Казанского государственного энергетического университета. 2022. Т. 14. № 1(53). С. 47-55. EDN FBPZWP.