Išmagnetinimas nėra staigus gedimas
Įprastas mentalinis magnetų išmagnetinimo modelis yra žingsninė funkcija: variklis veikia normaliai, tada magnetai sugenda ir variklis nustoja gaminti sukimo momentą. Praktikoje taip nebūna. Išmagnetinimas NdFeB varikliuose beveik visada vyksta dalinai ir laipsniškai – magnetai praranda dalį savo išliekamumo, variklis sukuria šiek tiek mažesnį sukimo momentą esant ta pačiai srovei, o valdymo sistema kompensuoja didindama srovę, kuri gamina daugiau šilumos, o tai pagreitina tolesnį išmagnetinimą. Gedimo režimas yra lėtas dreifas, o ne skardis.
Iki to laiko, kai aptinkamas dalinis išmagnetinimas kaip sumažėjęs variklio veikimas, magnetai paprastai prarado 5–15% savo pradinio Br. Tuo metu išmagnetinimas yra negrįžtamas. Magnetai negali būti pakartotinai įmagnetinami variklyje, jei jie nėra visiškai išmontuoti ir grąžinti į įmagnetinimo įtaisą. Įdiegta roboto jungtis arba sandari servo pavara reiškia visišką atstatymą.
Šiame straipsnyje aptariami trys mechanizmai, sukeliantys veikiančių variklių išmagnetinimą, kaip apskaičiuoti tam tikro magneto laipsnio ir veikimo taško išmagnetinimo riziką ir ką nurodyti, kad būtų užtikrinta tinkama konstrukcijos atsarga.
1. Trys išmagnetinimo mechanizmai
Terminis išmagnetinimas, trumpojo jungimo išmagnetinimas ir veikimo taško išmagnetinimas yra skirtingi mechanizmai, turintys skirtingas priežastis ir skirtingus sprendimus. Jų supainiojimas veda prie neteisingų pataisymų.
Terminis išmagnetinimasįvyksta, kai magneto temperatūra viršija tašką, kuriame koercinė jėga Hcj nukrenta žemiau lygio, reikalingo pasipriešinti paties variklio išmagnetinimui. Tai yra slenkstinis efektas: žemiau kritinės temperatūros magnetas yra stabilus, virš jos prasideda išmagnetinimas ir yra negrįžtamas aušinant. N klasės NdFeB (be terminės priesagos) Hcj smarkiai nukrenta virš 80 laipsnių. Tam tikros variklio konstrukcijos kritinė temperatūra priklauso nuo oro tarpo lauko ir magneto tūrio – variklis su plona magneto sekcija ir dideliu demagnetizuojančiu lauku gali išsimagnetinti 90 laipsnių kampu, kai geriau suprojektuotas tos pačios klasės variklis būtų stabilus iki 120 laipsnių.
Trumpojo jungimo išmagnetinimasįvyksta gedimo sąlygomis – tarpfazių trumpųjų jungčių, pavaros gedimų arba regeneracinio stabdymo įvykių – kai statoriaus srovė sukuria išmagnetinimo lauką, viršijantį magneto Hcj esant darbinei temperatūrai. Esant normaliai veikimo sąlygai, maksimali srovė tinkamai suprojektuotame variklyje nėra pakankamai didelė, kad išmagnetintų net N klasės magnetus. Gedimo sąlygomis srovė gali siekti 5–10 kartų vardinę vertę milisekundėmis. Ar tas impulsas išmagnetina magnetus, priklauso nuo magneto storio, Hcj esant temperatūrai ir gedimo trukmės.
Veikimo taško išmagnetinimasyra pats klastingiausias, nes gali atsirasti esant normaliai darbo temperatūrai be jokių gedimų. Taip atsitinka, kai variklis suprojektuotas su nepakankamu magneto storiu reikiamam didžiausiam sukimo momentui, todėl esant didžiausiai srovei demagnetizuojantis laukas artėja arba viršija Hcj. Kiekvienas sukimo momento impulsas palieka magnetus šiek tiek silpnesnius. Laikui bėgant našumas mažėja. Tai dažniausiai klaidingai diagnozuojama kaip guolių susidėvėjimas arba apvijų pablogėjimas.
2. Išmagnetinimo apkrovos linija
Pagrindinis išmagnetinimo analizės įrankis yra magneto veikimo taškas BH išmagnetinimo kreivėje. Kiekvienas NdFeB magnetas turi paskelbtą BH kreivę esant kelioms temperatūroms – paprastai 20 laipsnių, 100 laipsnių, 150 laipsnių ir kartais 180 laipsnių. Variklio projektuotojas apskaičiuoja veikimo tašką: B (magneto srauto tankis) ir H (magnetui taikomas demagnetizuojantis laukas) derinį blogiausiomis darbo sąlygomis, kurios paprastai yra didžiausia srovė esant maksimaliai darbinei temperatūrai.
Veikimo taškas turi likti dešinėje nuo „kelio“ BH kreivėje – taško, kuriame kreivė pradeda staigiai lenktis žemyn. Žemiau kelio bet koks tolesnis išmagnetinimo lauko padidėjimas sukelia negrįžtamą srauto praradimą. Virš kelio išmagnetinimas yra grįžtamas: srautas laikinai sumažėja veikiant laukui, bet atsistato, kai laukas pašalinamas.
N42SH magnetams esant 150 laipsnių kampui (įprasta pramoninių servo įrenginių klasė), BH kreivės kryptis yra maždaug H=-950 kA/m. Jei dėl variklio konstrukcijos didžiausias išmagnetinimo laukas yra -700 kA/m esant 150 laipsnių kampui ir didžiausiai srovei, virš kelio yra 250 kA/m riba. Ši riba turėtų būti bent 150–200 kA/m konservatyviam dizainui, atsižvelgiant į magneto ir magneto svyravimus Hcj (paprastai ±50 kA/m gamyboje) ir temperatūros matavimo neapibrėžtį.
3. Pažymių priesagos pasirinkimas: ką raidė iš tikrųjų reiškia
Terminė priesaga NdFeB markių žymėjimuose – H, SH, UH, EH – rodo maksimalią darbinę temperatūrą, kuriai esant koercityvumas Hcj atitinka minimalų spec. N42 be priesagos yra įvertinta iki 80 laipsnių maksimalios darbinės temperatūros. N42H įvertintas iki 120 laipsnių. N42SH įvertintas iki 150 laipsnių. N42UH įvertintas iki 180 laipsnių. N42EH įvertintas iki 200 laipsnių.
Tai nėra absoliučios temperatūros ribos, kai magnetas akimirksniu sugenda – tai temperatūra, kuriai esant pasiekiama minimali Hcj specifikacija. Virš vardinės temperatūros magnetas vis tiek gali būti stabilus, priklausomai nuo konkretaus variklio išmagnetinimo lauko. Žemiau vardinės temperatūros yra papildoma Hcj marža.
Laipsnio pasirinkimo klaida, sukelianti daugiausiai lauko gedimų: priesagos nurodymas pagal apvijos temperatūrą, o ne magneto temperatūrą. Uždarame servo variklyje su priverstiniu konvekciniu aušinimu ant korpuso, apvija gali siekti 130 laipsnių, o magneto paviršiaus temperatūra (kuri tiesiogiai veikia Hcj) siekia 110 laipsnių, nes magnetas yra arčiau aušinamos korpuso sienelės. Ir atvirkščiai, berėmiame variklyje, kuriame rotorius yra apsuptas vakuumo arba žemo laidumo struktūra, magneto temperatūra gali viršyti apvijos temperatūrą nuolatinio veikimo metu. Magneto temperatūra turi būti išmatuota arba modeliuojama – jos negalima daryti iš apvijos temperatūros be šiluminio variklio geometrijos modelio.
4. Praktiniai maržos reikalavimai pagal programą
Pramoninės servo ašys (CNC, pramoniniai robotai): 30 % Hcj marža virš kelio esant maksimaliai apvijos temperatūrai. 30 % lemia ± 5 % Hcj gamybos pokytį, temperatūros matavimo neapibrėžtį ir tai, kad dėl gedimo sąlygų variklis kartais veikia virš vardinę srovę.
Bendradarbiavimo robotų jungtys ir tiesioginės pavaros sukimo momento varikliai: 40 % marža. Bendradarbiaujantys robotai dažnai naudojami netoli sukimo momento ribų atliekant užduotis, kuriose daug kontaktų, o didžiausia srovė netikėtų kontaktų metu gali trumpam viršyti vardinę srovę. Lauko atstatymo kaina yra pakankamai didelė, kad konservatyvumas atsiperka.
UAV varomieji varikliai: suprojektuoti taip, kad esant vardinei nuolatinei temperatūrai būtų 25 % marža. UAV varikliai retai pasiekia didžiausią srovę ilgą laiką – didžiausia srovė atsiranda tik kilimo ir agresyvių manevrų metu. Kruizo metu išmagnetinimo laukas yra gerokai žemiau piko. 25 % marža apima kilimo sąlygas.
Taikymas aukštoje temperatūroje (ekstruderio pavaros, apdirbimo mašinos šalia šildomų įrankių): naudokite SH arba UH klasę ir suprojektuokite 35 % skirtumą esant maksimaliai numatomai magneto temperatūrai, o ne aplinkos temperatūrai. Jei variklis prisukamas prie 180 laipsnių įkaitintos plokštės, magneto temperatūra pastovioje būsenoje artėja prie 180 laipsnių, nepaisant apvijos temperatūros.
5. Ko prašyti iš savo magnetų tiekėjo
Išsamioje išmagnetinimo varžos specifikacijoje yra trys elementai, kuriuos turėtų pateikti kiekvienas kompetentingas magnetų tiekėjas:
Pirma, visa BH išmagnetinimo kreivė esant darbinei temperatūrai, o ne tik kambario temperatūros kreivė. Varikliui, kurio magneto temperatūra yra 150 laipsnių, reikia 150 laipsnių kreivės. Daugelyje duomenų lapų rodomi tik 20 laipsnių duomenys – to nepakanka išmagnetinimo analizei.
Antra, mažiausias Hcj esant temperatūrai visoje gamybos partijoje, o ne tipinė ar nominali vertė. Gamybos NdFeB Hcj kitimas yra ± 3–5% toje pačioje klasėje. Variklyje, suprojektuotame pagal vardinį Hcj, bus gaminami agregatai, kurie išmagnetina eksploatavimo sąlygas, pagal projekto analizę buvo saugios.
Trečia, srauto tankio kartografavimo matavimas naudojant įmagnetintų magnetų partiją. Matavimas patvirtina, kad gamyboje pasiektas įmagnetinimo lygis atitinka specifikaciją. Tai taip pat suteikia pagrindą gaunamai patikrai – būsimos gamybos partijos gali būti palygintos su bazine linija, kad būtų galima nustatyti įmagnetinimo proceso poslinkį prieš tai, kai jis paveiks variklio veikimą lauke.
HIMAGNET teikia BH kreivės duomenis esant darbinei temperatūrai, minimalias Hcj specifikacijas pagal gamybos partiją ir srauto tankio kartografavimo paslaugas variklio magneto kvalifikacijai. Išmagnetinimo ribos analizės palaikymui,susisiekite su mūsų inžinierių komandapagal jūsų laipsnį, darbinę temperatūrą ir didžiausią išmagnetinimo lauką.
