Принцип преобразования электрической энергии в механическую энергию электромагнитным полем был впервые продемонстрирован британским учёным Майклом Фарадеем в 1821. Еще в первом электрическом двигателе в основу был положен принцип работы на постоянном магните. Двигатель — энергосиловая машина, преобразующая какой-либо вид энергии в механическую работу.
Двигатели подразделяются на первичные и вторичные. К первичным двигателям относят непосредственно преобразующие природные энергетические ресурсы в механическую работу (использующее силу ветра, водяное колесо, паровые двигатели и двигатели внутреннего сгорания). Ко вторичным относят двигатели, преобразующие энергию, выработанную или накопленную другими источниками — электродвигатель (электромотор), пневмодвигатель, гидродвигатель (гидромотор) и др.
В основу работы двигателя на постоянных магнитах положен принцип электромагнитной индукции. Как и магнитный генератор, он состоит из статора (неподвижной части) и ротора (подвижной части).
Статор — неподвижная часть электродвигателя, чаще всего — внешняя. В зависимости от типа двигателя, может создавать неподвижное магнитное поле и состоять из постоянных магнитов и/или электромагнитов, либо генерировать вращающееся магнитное поле (и состоять из обмоток, питаемых переменным током). В простейшем случае статор имеет два полюса, то есть один постоянный магнит с одной парой полюсов. Но чаще имеют две пары полюсов. Бывает и более. Помимо основных полюсов на статоре (индукторе) могут устанавливаться добавочные полюса, которые предназначены для улучшения коммутации.
Ротор — подвижная часть электродвигателя, чаще всего располагаемая внутри статора. Может совершать работу за счет постоянных магнитов, обмоток на сердечнике (подключаемых через щеточно-коллекторный узел), короткозамкнутой обмотки, вращающегося магнитного поля статора.
Двигатели различают по типу питания электрического тока — от постоянного и переменного тока.
Двигатели постоянного тока — это машина для преобразования энергии постоянного тока в механическую энергию. Они подразделяются в свою очередь на следующие машины:
С возбуждением от постоянных магнитов;
С параллельным соединением обмоток возбуждения и якоря;
С последовательным соединением обмоток возбуждения и якоря;
Со смешанным соединением обмоток возбуждения и якоря;
Бес коллекторные двигатели постоянного тока.
Наиболее популярны в настоящее время двигатели на постоянных магнитах. Основными плюсами данного типа электродвигателей является простота устройства и управления, линейность механической и регулировочной характеристики, небольшие габариты и вес при высоком КПД.
Этот вид двигателей широко используются в механизмах, требующих широкого и плавного регулирования скорости вращения. Их можно увидеть, например, в металлорежущих или прокатных станках. Они же приводят в движение электротранспорт, экскаваторы, подъемно-транспортные машины и самолеты.
Двигатели постоянного тока обратимы и могут выступать в роли, как двигателей, так и генераторов. В настоящее время эта тема особенно популярна среди инженеров и любителей-изобретателей. Гибридный автомобиль занимает умы многих автопроизводителей с начала 60-70-х годов. Главным их преимуществом является экономия энергии за счет следующих параметров: снижением объёма и мощности двигателя; работа двигателя в оптимальном и равномерном режиме, в гораздо меньшей зависимости от условий езды; полная остановка работы двигателя, когда это необходимо; рекуперативное торможение с зарядкой аккумулятора. Чаще всего двигатели на постоянных магнитах для гибридных автомобилей собирают используя мощный постоянные магниты из материала NdFeB или как еще их называют — неодимовые магниты.
Двигатель переменного тока — электрический двигатель, питание которого осуществляется переменным током. По количеству фаз двигатели переменного тока подразделяются на однофазные, двухфазные и трёхфазные. Применение больших двигателей переменного тока с постоянным магнитом при решении серьезных промышленных задач становится более заметным. Если говорить о магнитных материалах, нужно отметить, что их коррозионная устойчивость, механические свойства и температурный диапазон значительно улучшились. На смену магнитам Альнико пришли мощные редкоземельные магниты NdFeB. В результате двигатели с постоянными магнитами могут эксплуатироваться продолжительное время в тяжелых условиях недопустимых ранее.
По принципу работы двигатели разделяются на синхронные и асинхронные двигатели. В синхронном двигателе скорость вращения ротора совпадает со скоростью вращения магнитного поля статора. А в асинхронном, наоборот, скорость вращения ротора не совпадает со скоростью вращения магнитного поля статора. Чаще всего постоянные магниты применяются в синхронных двигателях переменного тока, они предназначены для создания магнитного поля возбуждения, причем для этого могут применяться неодимовые магниты, комбинированные с электромагнитами, по катушкам которых протекает постоянный ток. Использование комбинированного возбуждения позволяет получить требуемые регулировочные характеристики по напряжению и частоте вращения при значительно уменьшенной мощности возбуждения и объеме магнитной системы по сравнению с классическими электромагнитными системами возбуждения синхронных машин. Синхронные двигатели применяются в основном в приводах большой мощности. Мощность их достигает нескольких десятков мегаватт. На тепловых станциях, металлургических заводах, шахтах, холодильниках приводят в движение насосы, и другие механизмы, работающие с неизменной скоростью. Синхронные двигатели могут работать с различной реактивной мощностью. Таким образом, эти двигатели позволяют улучшить коэффициент мощности предприятия. Положительными свойствами синхронных двигателей с постоянными магнитами являются: высокая стабильность скорости вращения в синхронном режиме, сравнительно высокие энергетические показатели (КПД), повышенная перегрузочная способность, большая удельная мощность (мощность на единицу массы), хорошая синфазность вращения, что часто требуется в групповых приводах.
Для создания новых двигателей, применяемые магниты должны обладать рядом параметров – высокой коэрцитивной силой, остаточной магнитной индукцией, энергетическим произведением, стабильность магнитных свойств во времени, стабильностью магнитных свойств при изменении окружающей температуры. Из всех существующих магнитов на сегодняшнем рынке этим параметрам наиболее отвечают редкоземемельные магниты NdFeB (Неодим-Железо-Бор). Двигатели на постоянных магнитах основных типов в основном при соборке используют неодимовые магниты которые существенно теснят магниты из феррита за счет значительного превосходства в силе магнитной индукции. Для наглядности достаточно разобрать любой импортный движок собранный после 2000 года.