تُعدّ محركات المغناطيس الدائم أكبر مجالات استخدام المغناطيسات الأرضية النادرة الدائمة. تُعرف المحركات عادةً باسم "المحركات". بمعنى أوسع، تشمل المحركات محركات تُحوّل الطاقة الكهربائية إلى طاقة ميكانيكية، ومولدات تُحوّل الطاقة الميكانيكية إلى طاقة كهربائية. يُستخدم كلٌّ من المحركات والمولدات في المعدات الكهربائية، حيث يعتمد مبدأ عملها على قانون الحث الكهرومغناطيسي أو قانون القوة الكهرومغناطيسية. يُشكّل المجال المغناطيسي ذو الفجوة الهوائية أساس عمل المحرك. يُطلق على المجال المغناطيسي ذو الفجوة الهوائية الناتج عن الإثارة الكهربائية اسم "محرك تحريض"، بينما يُطلق على المجال الناتج عن مغناطيس دائم اسم "محرك مغناطيسي دائم".
يُولّد المغناطيس الدائم مجالًا مغناطيسيًا ذا فجوة هوائية في المحرك المغناطيسي الدائم، مما لا يتطلب طاقة كهربائية إضافية أو لفات إضافية. لذلك، فإن أهم ميزة للمحرك المغناطيسي الدائم مقارنةً بالمحرك الحثي هي الكفاءة العالية، وتوفير الطاقة، والحجم الصغير، والبنية البسيطة، لذا يُستخدم المغناطيس الدائم على نطاق واسع، وخاصةً في جميع أنواع المحركات الصغيرة والمتناهية الصغر.
الشكل أدناه هو نموذج مبسط لمبدأ عمل محرك تيار مستمر ذي مغناطيس دائم. يُولّد مغناطيسين دائمان مجالًا مغناطيسيًا عند الملف المركزي، ويمرر تيار كهربائي إلى الملف. تتولد القوة الكهرومغناطيسية (قاعدة اليد اليسرى) بفعل المجال المغناطيسي، ثم تدور. يُسمى الجزء الدوار من المحرك بالجزء الدوار، بينما يُسمى الجزء الثابت بالجزء الثابت. من الواضح أن المغناطيس الدائم في الشكل أدناه ينتمي إلى الجزء الثابت، بينما ينتمي الملف إلى الجزء الدوار.
بالنسبة للآلات الكهربائية الدوارة، عندما يكون المغناطيس الدائم هو الجزء الثابت، يتم تثبيت المغناطيس الخارجي على شكل بلاطة مثبت على السطح على الغلاف؛ عندما يكون المغناطيس الدائم هو الدوار، يتم تثبيت المغناطيس الداخلي على شكل بلاطة مثبت على السطح على قلب الدوار. ، أو مدمج في قلب الدوار في شكل مربع، كما هو موضح في الشكل أدناه.
بالنسبة للمحركات الخطية، تكون المغناطيسات الدائمة في الغالب مربعة ومتوازية الأضلاع، وتستخدم المحركات الخطية الأسطوانية أيضًا مغناطيسات حلقية ممغنطة محوريًا.
تتمتع مغناطيسات المحرك المغناطيسي الدائم بالخصائص التالية:
١. لن يكون الشكل معقدًا للغاية (باستثناء بعض المحركات الدقيقة، مثل محركات VCM)، ومعظمها مستطيل الشكل، أو على شكل بلاطة، أو مروحة، أو خبز. وخصوصًا في ظل خفض تكلفة تصميم المحركات، سيستخدم العديد منها مغناطيسات فولاذية مربعة مدمجة؛
٢. المغناطيسية بسيطة نسبيًا، وهي في الأساس مغناطيسية أحادية القطب، وتُشكَّل دائرة مغناطيسية متعددة الأقطاب بعد التجميع. عند تصنيع الحلقة كاملةً، مثل حلقة مغناطيسية من NdFeB الرابطة أو حلقة مغناطيسية مضغوطة بالحرارة، يُستخدم عادةً مغنطة الإشعاع متعددة الأقطاب؛
٣. يكمن جوهر المتطلبات التقنية في استقرار درجات الحرارة العالية، وثبات التدفق المغناطيسي، وقابلية التكيف. تتطلب مغناطيسات الدوار المثبتة على السطح تقاربًا جيدًا للغراء. أما مغناطيسات المحركات الخطية، فتخضع لمتطلبات صارمة نسبيًا لمقاومة رذاذ الملح. أما مغناطيسات طاقة الرياح، فتخضع لمتطلبات رذاذ الملح، ويتطلب مغناطيس محرك الدفع استقرارًا ممتازًا في درجات الحرارة العالية.
٤. يُستخدم منتج الطاقة المغناطيسية بدرجات عالية ومتوسطة ومنخفضة، ولكن قوة الإكراه غالبًا ما تكون على المستوى المتوسط والعالي. حاليًا، تتميز درجات الفولاذ المغناطيسي لمحركات السيارات الكهربائية بمنتجات طاقة مغناطيسية عالية وقوة إكراه عالية، مثل 45UH، 48UH، 50UH، 42EH، 45EH، إلخ. عملية الانتشار الناضجة ضرورية؛
٥. استُخدمت مغناطيسات الربط المقطعية على نطاق واسع في مجال المحركات عالية الحرارة. والغرض منها هو تحسين عزلها المقطعي لتقليل فقدان التيار الدوامي أثناء تشغيل المحرك، حيث تتواجد بعض المغناطيسات على السطح. يُضاف طلاء إيبوكسي لزيادة عزلها.
عناصر الاختبار الرئيسية لمغناطيسات المحرك:
١. استقرار في درجات الحرارة العالية. قد يطلب بعض العملاء قياس الاضمحلال المغناطيسي للدائرة المفتوحة، بينما يطلب آخرون قياس الاضمحلال المغناطيسي للدائرة شبه المفتوحة. عند تشغيل المحرك، يجب أن يتحمل الفولاذ المغناطيسي مجالًا مغناطيسيًا عكسيًا متناوبًا بالإضافة إلى درجة الحرارة العالية، لذا يجب اختبار ومراقبة الاضمحلال المغناطيسي للمنتج النهائي ومنحنى إزالة المغناطيسية عند درجة حرارة عالية للمادة الأساسية.
٢. اتساق التدفق المغناطيسي. يُستخدم الفولاذ المغناطيسي كمصدر للمجال المغناطيسي لدوار أو ثابت المحرك. في حال وجود اختلاف في الاتساق، سيؤدي ذلك إلى اهتزاز المحرك، وانخفاض قدرته، وتأثير ذلك على وظيفته. لذلك، يتطلب الفولاذ المغناطيسي للمحرك عادةً اتساق تدفق مغناطيسي، حيث يتطلب بعضها 5%، وبعضها الآخر 3%، أو حتى 2%. يجب مراعاة العوامل التي تؤثر على اتساق التدفق المغناطيسي، مثل اتساق المغناطيسية المتبقية، واتساق التفاوتات، واتساق طلاءات الحواف.
٣. قابلية التكيف. معظم المغناطيسات السطحية على شكل بلاطة. بالنسبة للزاوية والقطر المتضمنين، فإن طريقة الاختبار ثنائية الأبعاد التقليدية تنطوي على أخطاء كبيرة أو يصعب اختبارها. في الوقت الحالي، يجب مراعاة قابلية التكيف. تتطلب بعض المغناطيسات المتقاربة في ترتيبها، وللتحكم في الفجوة التراكمية، يجب مراعاة إحكام التجميع في بعض الفولاذ المغناطيسي المثبت على السطح ذي الذيل السنوني. من الأفضل صنع تركيبات التشكيل وفقًا لطريقة التجميع التي يفضلها المستخدم لاختبار ملاءمة الفولاذ المغناطيسي.
يجب على موظفي المشتريات التركيز على النقاط التالية:
١. سوق المعادن النادرة. بما أن تكلفة المحرك تُمثل الجزء الأكبر من تكلفة العنصر الواحد، فقد كان الفولاذ المغناطيسي دائمًا المصدر الرئيسي لخفض تكلفة المحرك. ولأن شكل مغناطيس المحرك بسيط نسبيًا، فإن تكلفة المواد تُمثل النسبة الأكبر. يجب على المشترين الانتباه إلى المعادن النادرة في أي وقت. لفهم اتجاه أسعار مغناطيسات المحركات، يجب مراعاة ظروف السوق.
٢. مؤشرات الأداء. شكل الفولاذ المغناطيسي بسيط نسبيًا، وتمثل تكلفة المواد جزءًا كبيرًا منه، لذا فإن مؤشر الأداء يؤثر بشكل مباشر على كمية المعادن الأرضية النادرة الثقيلة في الفولاذ المغناطيسي، مما يؤثر بشكل مباشر على تكلفة الفولاذ المغناطيسي.
٣. الكمية. معظم مغناطيسات المحركات كبيرة نسبيًا، بطول صغير يصل إلى ١٠ مم وكبير يصل إلى أكثر من ١٠٠ مم. عدد القطع المنتجة من قطعة فارغة ليس كبيرًا، لذا عندما لا يكون الطلب كبيرًا، سيكون هناك هدر كبير في قطع الفراغات المخزنة، وسيتطلب إنتاج قوالب ثابتة. مشكلة توزيع تكاليف القوالب تؤدي إلى ارتفاع التكاليف.