NdFeB magnetai elektros varikliuose: atrankos ir projektavimo vadovas

Įvadas

Elektriniai varikliai sudaro didžiausią vienkartinį panaudojimąNdFeB magnetaivisame pasaulyje. Nuo bešepetėlių nuolatinės srovės variklių buitinėje elektronikoje iki nuolatinių magnetų sinchroninių variklių elektrinėse transporto priemonėse – magnetinės grandinės konstrukcija tiesiogiai lemia variklio efektyvumą, sukimo momento tankį ir šiluminį stabilumą. Šiame vadove aprašoma, kaip neodimio magnetai naudojami elektros varikliuose, kaip pasirinkti tinkamą variklio tipui ir ką inžinieriai turi nurodyti, kai tiekiami magnetai, skirti varikliams.

Kodėl NdFeB dominuoja variklių programose

1. Nuolatinių magnetų variklių dėklas

Nuolatinio magneto varikliai pakeičia įprastų indukcinių variklių elektromagnetinį rotorių su didelės energijos nuolatiniais magnetais. Tai pašalina rotoriaus vario nuostolius ir sumažina įmagnetinimo srovę, paimamą iš keitiklio, o tai žymiai padidina efektyvumą, ypač esant dalinei apkrovai, kur indukciniai varikliai yra mažiausiai efektyvūs.

Pagrindiniai pranašumai, dėl kurių NdFeB pasirenkama medžiaga:

• Energingiausias produktas: 33–52 MGOe, leidžiantis mažiausią rotoriaus tūrį tam tikram srauto reikalavimui
• Aukštas išliekamumas: 1,17–1,47 T, sukuria stiprų oro tarpo srautą be didelių magnetų skerspjūvių
• Plona magneto geometrija: didelė koercicija leidžia naudoti plonus lankinius arba blokinius magnetus, sumažinančius rotoriaus inerciją
• Nėra sužadinimo galios: skirtingai nuo suvyniotų lauko rotorių, NdFeB magnetams nereikia nuolatinio elektros įvesties

Variklių tipai ir magnetų konfigūracijos

2. Ant paviršiaus montuojami nuolatinio magneto (SPM) varikliai

SPM varikliuose lankinio segmento arba plytelių magnetai yra pritvirtinti arba pritvirtinti prie išorinio rotoriaus paviršiaus. Tai paprasčiausia konfigūracija ir leidžia naudoti standartinius lankinius magnetus be sudėtingo apdirbimo.

• Magneto forma: lanko segmentai (lenktos plytelės), paprastai sukepintas NdFeB
• Įmagnetinimo kryptis: radialinis (nukreiptas į veleno ašį arba nuo jos)
• Oro tarpas: didesnis nei IPM varikliai – pats magnetas užima dalį magnetinio oro tarpo
• Tipiški pažymiai: N42H–N45SH – vidutinės energijos gaminys su H arba SH temperatūros įvertinimu
• Programos: servo varikliai, suklio varikliai, maži BLDC varikliai, pramoninės pavaros

Dizaino svarstymas: lanko magnetai SPM rotoriuose yra veikiami išcentrinės jėgos dideliu greičiu. Rotoriams, kurių sukimosi dažnis didesnis nei 3000 aps./min., paprastai reikalinga sulaikymo juosta (anglies pluoštas arba nerūdijantis plienas). Tai sumažina efektyvų magnetinį oro tarpą ir į tai reikia atsižvelgti skaičiuojant srautą.

3. Vidiniai nuolatinio magneto (IPM) varikliai

IPM varikliai stačiakampius arba strypinius magnetus įtaiso rotoriaus laminavimo viduje. Tai apsaugo magnetus nuo išcentrinių jėgų ir leidžia rotoriui išnaudoti ne tik magneto sukimo momentą, bet ir pasipriešinimo sukimo momentą, taip padidinant didžiausio sukimo momento pajėgumą.

• Magneto forma: stačiakampiai strypai arba blokai, kartais trapecijos formos
• Įmagnetinimo kryptis: paprastai lygiagrečiai (per trumpą juostos matmenį)
• Oro tarpas: mažesnis nei SPM - tik laminavimo tiltelis atskiria magnetą nuo oro tarpo
• Tipiški pažymiai: nuo N38SH iki N45UH – kritinė aukštesnė temperatūra dėl sūkurinės srovės kaitinimo rotoriuje
• Programos: EV traukos varikliai, ŠVOK kompresoriai, pramoninės servo pavaros, vėjo turbinų generatoriai

Dizaino svarstymas: IPM rotoriai patiria didelius sūkurinių srovių nuostolius magnetuose esant dideliam perjungimo dažniui. Segmentuoti magnetai (sujungtos kelios mažesnės dalys) sumažina sūkurinių srovių kelius ir sumažina magneto veikimo temperatūrą. Savo brėžinyje nurodykite segmentavimo reikalavimus, jei dirbate keitiklio perjungimo dažniais, viršijančiais 5 kHz.

4. Ašiniai srauto varikliai

Ašiniai srauto varikliai (taip pat vadinami blynų varikliais) nukreipia srauto kelią išilgai variklio veleno ašies, o ne radialiai. Disko formos magnetai montuojami ant vieno arba abiejų rotoriaus paviršių, atskirtų oro tarpu nuo plokščių statoriaus apvijų.

• Magneto forma: sektoriaus/pyrago formos diskai arba trapecijos formos plytelės
• Įmagnetinimo kryptis: ašinis (lygiagrečiai velenui)
• Tipiški pažymiai: N42H–N48H – daug energijos gaminantis kompaktinių diskų geometrijos produktas
• Programos: ratuose montuojami EV varikliai, tiesioginės pavaros generatoriai, robotų jungtys, medicininis vaizdas

Variklių klasės ir temperatūros pasirinkimas

5. Darbinė temperatūra yra kritinis kintamasis

Variklio magnetus veikia šiluma dėl statoriaus apvijų nuostolių (praleidžiamų per oro tarpą), ir dėl savo sūkurinės srovės nuostolių. Rotoriaus magneto temperatūra apkrautame variklyje paprastai yra 20–60 laipsnių aukštesnė už aplinkos temperatūrą – dažnai pasiekia 100–150 laipsnių EV traukos įrenginiuose.

Nurodius neteisingą temperatūros priesagą, vyksta negrįžtamas dalinis išmagnetinimas veikiant apkrovai, o to negalima atkurti iš naujo neįmagnetinus rotoriaus agregato.

6. Išmagnetinimo riba

Variklio magnetai turi tinkamai išlaikytiišmagnetinimo riba- atstumas tarp magneto veikimo taško ir jo negrįžtamo išmagnetinimo kelio BH kreivėje. Varikliuose minimali 10–15 % marža yra standartinė inžinerinė praktika.

Blogiausias išmagnetinimo įvykis įvyksta gedimo metu: trumpojo jungimo srovė sukuria stiprų priešingą lauką, kuris stumia veikimo tašką žemyn BH kreive. Jei šis taškas kerta kelį (ypač esant aukštai temperatūrai, kai kelias pakyla), magnetas neatsistatys į pradinį veikimo tašką, kai gedimas pašalinamas.

Didesnės koercityvumo laipsniai (H, SH, UH priesagos) perkelia kelį toliau BH kreive, užtikrindami didesnį atsparumą išmagnetinimui – už šiek tiek mažesnę BHmax kainą, palyginti su tuo pačiu skaitiniu laipsniu be galūnės.

Variklio magnetų pirkimų kontrolinis sąrašas

7. Ką turi nurodyti variklių inžinieriai

• Įvertinimas su temperatūros priesaga: niekada nenurodykite laipsnio be galūnės, skirtos varikliams. Mažiausias H priesaga daugeliui pramoninių variklių; SH arba UH, skirtas EV ir didelio apkrovos ciklams.
• Magneto geometrija ir tolerancija: lankiniams magnetams reikalingas vidinis spindulys (Ri), išorinis spindulys (Ro), lanko kampas ir ašinis ilgis. Nurodykite radialinio storio toleranciją (±0,05 mm įžeminimo) ir lanko kampo toleranciją (±0,1 laipsnio). Jei naudojate IPM juostos magnetus, nurodykite visus tris matmenis su leistinaisiais nuokrypiais.
• Įmagnetinimo kryptis ir raštas: radialinis, lygiagretus arba Halbacho masyvas. Kelių polių įmagnetinimas ant žiedo yra atskiras gamybos etapas nuo sukepinimo – patvirtinkite tiekėjo galimybes.
• Magnetinis segmentavimas: jei veikia didesnis nei 5 kHz keitiklio perjungimo dažnis arba didesnis nei 10 000 aps./min., nurodykite apskritimo ir ašies segmentų skaičių viename poliuje, kad apribotumėte sūkurinių srovių nuostolius.
• Dengimas: variklio magnetai uždaruose korpusuose paprastai naudoja Ni-Cu-Ni nikeliavimą. Alyva aušinamiems varikliams (tiesioginis alyvos purškiamas aušinimas) nurodykite epoksidinę arba dviejų sluoksnių Ni + epoksidinę dangą cheminiam atsparumui užtikrinti.
• BH kreivės duomenys darbinėje temperatūroje: paprašykite išmatuotų Br ir Hcj verčių esant maksimaliai rotoriaus darbinei temperatūrai, o ne tik prie 20 laipsnių. Patikrinkite kelio taško vietą maksimalioje temperatūroje.
• PPAP arba pirmojo gaminio patikrinimas: automobiliams arba saugai svarbiems varikliams reikalinga pirmoji gaminio patikra (FAI) su visų matmenų ataskaita ir magnetinių savybių sertifikatu kiekvienai gamybos partijai.

Kaip HIMAGNET palaiko variklio programas

HIMAGNETAStiekia sukepintus NdFeB lanko segmentus, strypinius magnetus ir diskinius magnetus, skirtus varikliams visame klasės ir temperatūros diapazone. Mes palaikome lankinio magneto geometrijas nuo standartinių katalogo dydžių iki pasirinktinių Ri/Ro/lanko kampo specifikacijų, su žemės leistinomis nuokrypomis iki ±0,05 mm.

Variklių tobulinimo programoms teikiame BH kreivės duomenis esant įvairioms temperatūroms, išmagnetinimo analizės palaikymą ir segmentavimo rekomendacijas pagal jūsų keitiklio dažnį ir greičio profilį.

Pasidalykite savo variklio tipu, rotoriaus geometrija, maksimalia darbo temperatūra ir metiniu tūriu – mes rekomenduosime atitinkamą klasę ir pateiksime techninę kainą per vieną darbo dieną.