NdFeB magnetinio oro tarpo srauto tankis: projektavimo tikslai, klasės pasirinkimas ir matavimas

Įvadas

Įvertinimų duomenų lapuose nurodomas išliekamumas (Br) uždaros grandinės, nulinio tarpo sąlygomis. Skaičius, kuris iš tikrųjų lemia sukimo momentą, atgalinį EMF ir apvijų konstrukciją, yra oro tarpo srauto tankis – srauto tankis, kurį magnetas suteikia, kai grandinėje yra tikras oro tarpas, statoriaus geležis ir nuotėkio keliai. Tarpas tarp duomenų lapo Br ir eksploatacinio oro tarpo srauto tankis priklauso nuo magnetinės grandinės skvarbos koeficiento (Pc), todėl dauguma preliminaraus variklio dydžio nustatymo yra klaidingi. Šiame vadove aprašoma, kaip oro tarpo srauto tankio tikslą paversti sprendimu dėl kokybės, kaip temperatūra keičia tą tikslą ir kaip patikrinti gamybos rezultatą.

1. Kokį oro tarpo srauto tankį iš tikrųjų valdo variklio projektavimas

Oro tarpo srauto tankis – magnetinis laukas fiziniame tarpe tarp rotoriaus magneto ir statoriaus geležies – yra vienintelis labiausiai apkrovą laikantis skaičius nuolatinio magneto variklyje. Jis nustato sukimo momento konstantą, atgalinį EMF, šerdies nuostolius ir kiek vario srovės reikia, kad pasiektumėte nurodytą sukimo momento tikslą. Suklyskite 15 % ir jūsų apvijos dizainas bus išjungtas, šiluminis modelis išjungtas, o efektyvumo žemėlapis nepanašus į prototipą.

Br (remanencija) iš magneto duomenų lapo nėra tas pats, kas oro tarpo srauto tankis. Br yra medžiagos savybė, matuojama uždaros grandinės, nulinio tarpo sąlygomis. Kai atidarote fizinį oro tarpą, srauto tankis mažėja, o kiek jis sumažėja, priklauso nuo magneto geometrijos, oro tarpo ilgio, nuotėkio kelių ir statoriaus lygintuvo prisotinimo. Br traktavimas kaip oro tarpo srauto tankio pakaitinis rodiklis yra dažniausia klaida nustatant preliminarų variklio dydį, todėl nuolat gaunami optimistiški sukimo momento įverčiai.

2. Pralaidumo koeficientas ir kodėl jis skatina klasės pasirinkimą

Magneto veikimo taškas grandinėje apibrėžiamas pralaidumo koeficientu Pc – magneto ilgio ir efektyviojo tarpo, kurį jis skleidžia srautą, santykis. Daugumos radialinio srauto BLDC rotorių su koncentruotomis apvijomis Pc nukrenta nuo 3 iki 8 tuščiosios eigos sąlygomis. Esant apkrovai, statoriaus laukas išmagnetina magnetą, nustumdamas darbo tašką žemiau. Apkrovos linijos susikirtimas su BH kreive parodo tikrąjį magneto perduodamą srauto tankį.

Kompiuteryje=5, kuriame nėra nuotėkio, N45 klasės magnetas (Br ≈ 1,33 T) tiekia maždaug 1,1–1,15 T pačiame magnete. Atsižvelgus į tikriems laminuotiems statoriams būdingus pakraščio ir nuotėkio nuostolius, oro tarpo srauto tankis yra apie 0,85–0,95 T. Mažam BLDC varikliui, kurio tarpas yra 0,9 T, N45 yra pagrįsta atitiktis. Atnaujinus iki N52 (Br ≈ 1,45 T), jūs gaunate apie 0,06–0,08 T tarpą – tikra, bet kukli. Kompaktiškame variklyje, kuriame magneto tūris jau yra ribotas, šis skirtumas yra svarbus.

3. Įvertinimo ir spragos atitikimas: praktinių sprendimų lentelė

Toliau pateiktoje lentelėje pateikiami bendri projektavimo tikslai pagal NdFeB klases, darant prielaidą, kad Pc ≈ 4–6 ir tipiškas laminuotas statorius. Tai yra atspirties taškai, o ne FEA pakaitalai.

Jei jūsų oro tarpo srauto tankis yra 0,70–0,80 T: N35 arba N38 jį dengia. Šis diapazonas yra įprastas ekonomiškiems ventiliatoriams, siurbliams ir mažiems prietaisų varikliams, kur magnetų kaina yra dominuojantis apribojimas. Čia naudojant N45 švaistomi pinigai ir kyla pavojus, kad statoriaus lygintuvas bus per daug įmagnetintas.

0,80–0,90 T: standartinis pasirinkimas yra N42 arba N45. Čia nusileidžia dauguma vidutinės klasės pramoninių BLDC ir PMSM variklių. N42H padidina šilumos aukštį iki 120 laipsnių, nekeičiant kambario temperatūros srauto.

0,90–1,00 T: N48 arba N50. Jūs esate didelio našumo servo srityje. Magneto storis paprastai didėja, kad išlaikytų aukštesnį veikimo tašką. Šiame lygyje oro tarpo surinkimo tolerancijos tampa kritinės – 0,05 mm tarpo ilgio pokytis sukuria apie 1,5–2 % srauto tankio pokyčius.

Virš 1,00 T: N52 tik mažose, termiškai nekenksmingose ​​srityse. N52 yra ribinis naudojimas daugeliui pramonės šakų – jo Hcj yra mažesnis nei N45H, todėl atsparumas išmagnetinimui esant viršsrovei ar aukštai temperatūrai yra blogesnis. N52 naudojimas variklyje, kuris mato 80 laipsnių apvijas ir lauko susilpnėjimą, laukia laukimo gedimo. HIMAGNET reguliariai pataria klientams sumažinti dydį nuo N52 iki N48H arba N45SH tais atvejais, kai sutampa didžiausia temperatūra ir didžiausia srovė.

4. Temperatūros poveikis oro tarpo srauto tankiui

NdFeB išliekamumas mažėja esant temperatūrai maždaug nuo –0,11 iki –0,12 %/laipsniui standartinėms klasėms. Per 100 laipsnių veikimo diapazoną – tarkime, nuo 20 laipsnių šalto paleidimo iki 120 laipsnių pastovios rotoriaus magneto temperatūros – Br sumažėja maždaug 11–12%. Tai reiškia, kad variklis, skirtas 0,90 T esant 20 laipsnių temperatūrai, darbinėje temperatūroje sukuria arčiau 0,79–0,80 T. Jei jūsų sukimo momento pastovios apskaičiavimas buvo pagrįstas šalta verte, jūsų variklis dirbs ~11 % sukimo momento esant pastoviai būsenai.

Teisingas metodas yra nurodyti oro tarpo srauto tankį esant maksimaliai numatomai magneto temperatūrai, tada apskaičiuoti reikiamą kambario temperatūros laipsnį. Norint pasiekti tikslą 0,88 T esant 100 laipsnių magneto temperatūrai, jums reikia laipsnio, kuris duoda maždaug 0,98–1,00 T esant 20 laipsnių tame pačiame veikimo taške – tai rodo N48 arba N50, o ne N45. Tai sisteminė klaida daugelyje variklių duomenų lapų, kuriuose nurodoma „N45“, nenurodant matavimo temperatūros.

Perjungimas į H arba SH priesagos laipsnį nepadidina kambario temperatūros srauto – padidina koercyvumą (Hcj), kad būtų atsispirta išmagnetinimui aukštesnėje temperatūroje. Jei jūsų darbinė temperatūra yra žemesnė nei 100 laipsnių ir nesusilpninate lauko, standartinio N45 Hcj yra tinkamas ir nėra jokios magnetinės priežasties mokėti priemoką už N45H.

5. Oro tarpo srauto tankio matavimas gamyboje

Srauto tankis oro tarpelyje gali būti matuojamas tiesiogiai Hall zondu ant surinkto rotoriaus arba išmatuojamas iš atskirų magnetų srauto matavimo ir grandinės modelio. Abu metodai turi kompromisų.

Tiesioginis Holo zondo matavimas tarpelyje yra tikslus konkrečiam išmatuotam mazgui, tačiau reikia, kad variklis būtų bent iš dalies surinktas. Jis užfiksuoja surinkimo svyravimus – neteisingą magneto storį, rotoriaus pasvirimą, klijų linijos pokyčius – kurių nėra matuojant dalies lygiu. Didelės apimties gamybai 100 % tarpo matavimas yra nepraktiškas; Mėginiu pagrįstas patikrinimas su griežtu įeinančio magneto Br valdymu yra standartinis metodas.

Atliekant įeinančio magneto patikrinimą, srauto matavimas ant kalibruoto įtaiso (matuojant bendrą srautą arba didžiausią paviršiaus lauką) yra pakartojamesnis nei Holo zondo rodmuo, nes jis yra vidurkis virš magneto paviršiaus. Armatūra turi būti sukalibruota pagal magnetus su žinomu Br, o koreliacija su variklio oro tarpo srauto tankiu turi būti empiriškai nustatyta kiekvienai variklio geometrijai. 0,75–0,85 koreliacijos koeficientai tarp armatūros paviršiaus lauko ir variklio oro tarpo tankio yra būdingi segmentuotiems lankiniams magnetams BLDC rotoriuose.

6. Pažymių pasirinkimo kontrolinis sąrašas prieš nurodant

Prieš užfiksuodami pažymį brėžinyje, patikrinkite šiuos penkis taškus. Kiekvienas iš jų sukėlė gamybos problemų, kai buvo praleistas.

Pirma: kokia yra maksimali magneto paviršiaus temperatūra blogiausiu atveju, ne tik aplinkos sąlygomis? Naudokite šiluminį modeliavimą arba matavimą, o ne įvertinimą, pagrįstą vien apvijos temperatūra, nes tarpas tarp apvijos ir magneto temperatūros priklauso nuo variklio konstrukcijos ir gali būti 20–40 laipsnių, kai yra daug plyšių.

Antra: koks yra mažiausias Pc grandinėje esant didžiausiai išmagnetinimo srovei? Tai apkrovos linijos sankirta, kuri nustato, ar magnetas veikia aukščiau ar žemiau kelio. Jei lauko susilpnėjimo taškas nukrenta žemiau jūsų pasirinkto lygio, įvyksta negrįžtamas išmagnetinimas ir variklio charakteristikos pasikeičia visam laikui.

Trečia: ar oro tarpo ilgis yra pakankamai griežtai kontroliuojamas, kad pagrįstas Cpk tarpo tolerancija nesukeltų daugiau nei ±3 % srauto tankio pokyčių? Jei ne, prieš atnaujindami magneto klasę, sugriežtinkite leistiną nuokrypį.

Ketvirta: ar statoriaus lygintuvas turi tinkamą Bsat ribą esant tiksliniam oro tarpo srauto tankiui? Padidėjus nuo 0,85 T iki 0,95 T tarpelyje, prastai suprojektuotas dantis gali prisotinti, pašalinant didžiąją dalį sukimo momento padidėjimo ir padidinant geležies praradimą.

Penkta: ar N48 arba N50 išlaidų priemoka pateisinama sukimo momento tankio padidėjimu, ar tą patį sukimo momentą galima pasiekti naudojant N45 ir šiek tiek didesnius magnetus? Gamybos kiekiai viršija 10 000 vienetų, klasės sąnaudų skirtumas dažnai viršija šiek tiek didesnės rotoriaus kišenės įrankių kainą. HIMAGNET inžinierių komanda gali atlikti jūsų geometrijos palyginimą – susisiekite su mumis ir nurodykite variklio OD, kamino ilgį ir sukimo momento tikslą.

Kaip HIMAGNET palaiko oro tarpo srauto tankio specifikaciją

HIMAGNET pateikia magneto veikimo duomenis, įskaitant visas išmagnetinimo kreives esant kelioms temperatūroms (20 laipsnių, 60 laipsnių, 100 laipsnių, 120 laipsnių, 150 laipsnių, priklausomai nuo laipsnio), todėl klientai gali atlikti apkrovos linijos ir veikimo taško analizę nepradėdami nuo tuščio duomenų lapo. Pasirinktinėms variklių programoms mūsų inžinierių komanda peržiūri grandinės geometriją – magneto ilgį, oro tarpą ir statoriaus konfigūraciją – siekdama patvirtinti, kad pasirinktos klasės atitinka tikslinį oro tarpo srauto tankį esant nurodytai darbinei temperatūrai, prieš užrakinant konstrukciją.

Jei turite tikslinį oro tarpo srauto tankį, darbinę temperatūrą ir variklio geometriją, susisiekite su HIMAGNET ir pateikite savo specifikacijas, kad peržiūrėtumėte klasės pasirinkimą.