PMSM-i efektiivsuse maksimeerimine: rootorimagnetisõlmede juhend

Püsimagnetitega sünkroonmootorite (PMSM) puhul mõjutab rootorimagneti konfiguratsioon otseselt pöördemomendi pulsatsiooni, tagasi{0}}EMF-lainekuju ja üldist tõhusust. Pinnale-paigaldatud püsimagneti (SPM) rootorid tagavad suurema õhupilu voo tiheduse, kuid neil esineb suurtel kiirustel magnetlekkeid, samas kui sisemised püsimagneti (IPM) rootorid tagavad mehaanilise vastupidavuse ja pöördemomendi reluktantsus, kuid vajavad magneti täpset paigutust, et vältida voo tühistamist. Rootori vale arhitektuuri või magneti orientatsiooni valimine vähendab tüüpilistes tööstuslikes ajamirakendustes mootori efektiivsust 5–12%. Järgmises insenerijuhendis võrreldakse SPM-i ja IPM-i konstruktsioone, selgitatakse magnetiseerimise suuna mõju pöördemomendi väljundile ja näidatakse, kuidas FEA optimeerib pooluste sammu.

SPM-i rootoritel on magnetid ühendatud või kinnitatud rootori välisümbermõõdule. See disain pakub suurt efektiivset õhupilu ala, mis tekitab suure magnetvoo magneti mahu kohta. SPM on eelistatud suure-pöördemomenditihedusega rakendustes, nagu servomootorid ja otseajamiga-tuulikud. Siiski võib tsentrifugaaljõud kõrgetel pööretel (üle 10 000 p/min) eemaldada pinnamagnetid, välja arvatud juhul, kui rakendatakse süsinikkiust hülssi või Inconeli kinnitusrõngaid.

IPM-i rootorid asetavad magnetid rootori lamineerimisvirna sisse. Magnetid on mehaaniliselt kaitstud tsentrifugaaljõudude eest, mistõttu IPM sobib suurel-kiirusega veomootoritele (15 000-20 000 p/min). Lisaks tekitab magnetite vaheline rootoriraud Ld ja Lq induktiivsuse erinevuste tõttu reluktantsmomendi, parandades üldist pöördemomenti 20-35% võrreldes sama magneti mahu SPM-iga. Kompromiss: IPM-i kokkupanek on keerulisem, nõudes täpset pilu täitmist ja epoksiidiga immutamist, et vältida magneti liikumist termilise tsükli ajal.

Magnetleke vähendab tõhusat õhupilu läbivat voogu. SPM-rootorites toimub leke peamiselt rootori tagaraua kaudu, kui magneti-taga-raua{3}}vahemaa on liiga väike. Minimaalne tagaraua paksus on 5–8 mm 50 mm läbimõõduga rootori puhul, et hoida leke alla 5% kogu voost.

IPM-rootorite puhul on lekketeed keerulisemad: voog võib{0}}lühistada külgnevate magnetipilude vahel läbi rootorisildade. Silla paksus peab olema optimeeritud: silla, mis on õhem kui 1,5 mm 30 mm virna puhul, võib mehaanilise murdumise oht, kuid paksem kui 2,5 mm sild suurendab leket 10-15%. Tasakaalu leidmiseks on vaja FEA simulatsiooni. Meie standardse IPM-i disaini eesmärk on lekkekoefitsient (σ) 1,2–1,3.

Magnetiseerimise suund rootori pinna suhtes määrab voo teekonna. SPM-rootorite puhul on standardne radiaalne magnetiseerimine (piki rootori raadiust väljapoole suunatud magnetvektor), mis tekitab sinusoidaalse tagasi-EMF-i. Paralleelmagnetiseerimine (kõik vektorid on üksteisega paralleelsed) loob aga trapetsikujulise voo jaotuse, mis suurendab pöördemomendi pulsatsiooni 8-12%, kuid võib mittesinusoidsete ajamite tippmomenti parandada 5-7%.

IPM-rootorite puhul võib magnetiseerimissuund olla paralleelne q-teljega (voobarjääri joondus) või V-kujuline 20-30-kraadise nurgaga. V-kujulised IPM-rootorid 120–130-kraadise magnetinurgaga annavad suurima pöördemomendi reluktantsusmomendi, parandades tõhusust osalistel koormustel. Mitmepooluseline magnetiseerimine (8-pooluseline, 12-pooluseline, 16-pooluseline) vähendab staatori ikke paksust, kuid suurendab magneti kokkupaneku keerukust. Teatud raami suuruse korral vähendab pooluste arvu suurendamine 8-lt 16-le tagasi raua kaalu ligikaudu 30%, kuid nõuab 0,2–0,3 mm rangemaid monteerimistolerantse.

Pooluse samm (iga magneti nurga laius pooluse kaare suhtes) määrab voo jaotuse kuju. Liiga lai pooluste samm vähendab külgnevate postide vahelist vahet, suurendades voo leket. Liiga kitsas pooluste samm vähendab koguvoogu. Pinnale paigaldatud NdFeB magnetite optimaalne pooluste samm on tavaliselt 70–80% pooluse kaarest.

Lõplike elementide analüüsi (FEA) magnetsimulatsiooni abil hindame:

Voolutihedus nimikoormusel vs. ülekoormus (2x vool)

Demagnetiseerumisoht maksimaalsel temperatuuril (kasutades Hcj-d vähendamist)

Hammustusmomendi amplituud (sihtväärtus < 3% servomootorite nimipöördemomendist)

Pakume klientidele FEA aruandeid, sealhulgas voojoonte diagramme, õhupilu voo tiheduse harmoonilisi (FFT analüüs) ja pöördemomendi{0}}nurkkõveraid. Need andmed võimaldavad mootoritootjatel enne tööriistade paigaldamist staatori mähise ja lamineerimise kujunduse lõpule viia.

PMSM-i rootorite tootjate jaoks, kes vajavad kohandatud magneti kuju (kaaresegmendid, trapetsiplokid) või täielikke magnetikomplekte, millele on lisatud liim, vaadake meie veebisaidi lehte Rootori magnetikomplekt. Pöördemomendi pulsatsiooni vähendamiseks toetame magnetiseerimismustreid, sealhulgas sinusoidset, Halbachi ja segmenteeritud viltu.

Mootori spetsifikatsioonide (sh nimikiiruse, ümbritseva õhu temperatuuri ja sihttõhususe klassi (IE4/IE5)) arutamiseks võtke ühendust meie tehnilise meeskonnaga. Pakume klasside valikut (N35UH, N42SH, N48H) ja FEA demagnetiseerimise valideerimist.

K: Kuidas valida 10 kW tööstusliku servomootori jaoks SPM ja IPM rootori konstruktsiooni vahel?
V: Kiiruste puhul alla 6000 p/min ja madala pöördemomendi pulsatsiooninõude korral on N42SH magnetitega SPM kulusäästlik. Kiiruste üle 8000 p/min või laia konstantse võimsuse vahemiku puhul valige magnetitega N35UH IPM, et vältida magneti kiiret eraldumist{6}}.

K: Milline on tüüpiline magneti paksuse varieeruvus PMSM-i rootorisõlmes?
V: Paksuse tolerants: ±0,05 mm SPM-segmentide jaoks, ±0,03 mm IPM-i vahede puhul. Suurem varieeruvus põhjustab õhuvahe asümmeetriat, suurendades tasakaalustamata magnetilist tõmbejõudu ja vibratsiooni.

K: Kas saate tarnida IPM-i rootorite korrosioonikaitseks epoksükattega magnetikomplekte?
V: Jah. Kandke igale magnetile Ni-Cu-Ni (10–20 μm) või epoksiidi (20–40 μm). IPM-rootorite puhul parandab 100–200 μm paksusega epoksükate magneti servadel pilu täitmist ning hoiab ära juhtiva kontakti magneti ja lamineerimise vahel.