NdFeB magneti õhupilu voo tihedus: disaini eesmärgid, klassi valik ja mõõtmine

Sissejuhatus

Hinnete andmelehed kajastavad remanentsi (Br) suletud ahela nullvahe tingimustes. Arv, mis tegelikult juhib pöördemomenti, tagasi-EMF-i ja mähise konstruktsiooni, on õhupilu voo tihedus – vootihedus, mille magnet annab, kui vooluringis on tõeline õhupilu, staatori raud ja lekketeed. Andmelehe Br ja kasutusel oleva õhupilu voo tiheduse vahelist pilu reguleerib magnetahela läbilaskevõime koefitsient (Pc) ja see on koht, kus enamik esialgseid mootori suurusi läheb valesti. Selles juhendis kirjeldatakse, kuidas muuta õhupilu voo tiheduse sihtmärk kvaliteediotsuseks, kuidas temperatuur seda sihtmärki nihutab ja kuidas tootmistulemust kontrollida.

1. Mida õhupilu voo tihedus mootorite disainis tegelikult kontrollib

Õhupilu voo tihedus – rootorimagneti ja staatori raua vahelises füüsilises vahes olev magnetväli – on püsimagnetmootori suurim kandevõime. See määrab pöördemomendi konstanti, tagasi-EMF-i, südamiku kadu ja selle, kui palju vasevoolu on vaja antud pöördemomendi sihtmärgi saavutamiseks. Kui teete selle 15% valesti, on mähise konstruktsioon välja lülitatud, soojusmudel on välja lülitatud ja teie tõhususe kaart ei sarnane prototüübile.

Br (remanentsus) magneti andmelehel ei ole sama, mis õhupilu voo tihedus. Br on materjali omadus, mida mõõdetakse suletud ahela nullvahe tingimustes. Hetkel, kui avate füüsilise õhupilu, voo tihedus langeb – ja kui palju see langeb, sõltub magneti geomeetriast, õhupilu pikkusest, lekketeedest ja staatori raua küllastuskäitumisest. Br käsitlemine õhupilu voo tiheduse proksina on mootori esialgse suuruse määramise kõige levinum viga ja see annab järjekindlalt optimistlikke pöördemomendi hinnanguid.

2. Läbivuse koefitsient ja miks see hindevalikut soodustab

Magneti tööpunkt vooluringis on määratletud läbitavusteguriga Pc – magneti pikkuse ja efektiivse pilu suhe, mille kaudu magnetvoo läbib. Enamiku kontsentreeritud mähistega radiaalvooga BLDC rootorite puhul langeb Pc koormuseta tingimustes 3 ja 8 vahele. Koormuse all demagnetiseerib staatoriväli magneti, lükates tööpunkti madalamale. Koormusjoone ja BH kõvera ristumiskoht annab magneti tegeliku voo tiheduse.

Lekketa arvutis=5 annab N45 klassi magnet (Br ≈ 1,33 T) magnetis endas ligikaudu 1,1–1,15 T. Pärast tõelistele lamineeritud staatoritele tüüpiliste ääriste ja lekkekadude arvessevõtmist langeb õhupilu voo tihedus 0,85–0,95 T juurde. Väikese BLDC mootori jaoks, mille vahe on 0,9 T, on N45 mõistlik vaste. N52-le üleminek (Br ≈ 1,45 T) suurendab vahe umbes 0,06–0,08 T – see on tõeline, kuid tagasihoidlik. Kompaktses mootoris, kus magneti maht on juba piiratud, on see erinevus oluline.

3. Hinnete ja puudujääkide sobitamine: praktiline otsustustabel

Allolev tabel kaardistab levinumad disainieesmärgid NdFeB klassidele, eeldades, et Pc ≈ 4–6 ja tüüpiline lamineeritud staator. Need on lähtepunktid, mitte FEA asendajad.

Kui teie õhuvahe voo tiheduse eesmärk on 0,70–0,80 T: N35 või N38 katab selle. See vahemik on levinud kulutundlike ventilaatorite, pumpade ja väikeste seadmete mootorite puhul, kus magneti maksumus on domineeriv piirang. N45 kasutamine siin raiskab raha ja tekitab staatori raua ülemagnetiseerimise ohtu.

0,80–0,90 T jaoks: standardvalik on N42 või N45. Siin maandub enamik keskklassi tööstuslikke BLDC- ja PMSM-mootoreid. N42H lisab termilise kõrguse 120 kraadini, muutmata oluliselt ruumitemperatuuri voogu.

0,90–1,00 T: N48 või N50. Te olete suure jõudlusega servo territooriumil. Magneti paksus suureneb tavaliselt kõrgema tööpunkti säilitamiseks. Sellel tasemel muutuvad õhupilu monteerimistolerantsid kriitiliseks – vahe pikkuse 0,05 mm varieerumine põhjustab voo tiheduse muutumise umbes 1,5–2%.

Üle 1,00 T: N52 ainult väikestes termiliselt healoomulistes rakendustes. N52 on enamiku tööstusliku kasutuse jaoks piiripealne - selle Hcj on madalam kui N45H, seega on vastupidavus demagnetiseerimisele ülevoolu või kõrgendatud temperatuuri korral halvem. N52 kasutamine mootoris, mis näeb 80-kraadiseid mähiseid ja välja nõrgendavat tööd, on väljatõrge, mis ootab juhtumist. HIMAGNET soovitab klientidel regulaarselt vähendada suurust N52-lt N48H-le või N45SH-le rakendustes, kus tipptemperatuur ja tippvool kattuvad.

4. Temperatuuri mõju õhupilu voo tihedusele

NdFeB remanents väheneb standardklasside puhul temperatuuriga ligikaudu –0,11 kuni –0,12%/kraadi kohta. Üle 100-kraadise töövahemiku – näiteks 20-kraadise külmkäivituse kuni 120-kraadise püsiseisundi rootorimagneti temperatuurini – langeb Br ligikaudu 11–12%. See tähendab, et mootor, mis on konstrueeritud 20 kraadi juures 0,90 T jaoks, toodab töötemperatuuril lähemale 0,79–0,80 T. Kui teie pöördemomendi konstandi arvutamine põhines külma väärtusel, töötab teie mootor stabiilses olekus ~11% pöördemomendist.

Õige lähenemisviis on määrata õhupilu voo tihedus maksimaalse eeldatava magneti temperatuuril ja seejärel arvutada tagasi vajalik toatemperatuuri klass. Et saavutada eesmärk 0,88 T 100 kraadise magneti temperatuuril, on teil vaja 0,98–1,00 T tugevust 20 kraadi juures samas tööpunktis – mis osutab N48 või N50, mitte N45. See on süstemaatiline viga paljudes mootorite andmelehtedes, mis määravad "N45" ilma mõõtmistemperatuuri kvalifitseerimata.

H- või SH-sufiksiklassile üleminek ei suurenda toatemperatuuri voogu – see suurendab koertsitiivsust (Hcj), et takistada demagnetiseerumist kõrgel temperatuuril. Kui teie töötemperatuur on alla 100 kraadi ja te ei nõrgenda välja, on standardse N45 Hcj piisav ja N45H eest lisatasu maksmiseks pole magnetilist põhjust.

5. Õhupilu voo tiheduse mõõtmine tootmises

Õhupilu voo tihedust saab mõõta otse kokkupandud rootoril oleva Halli sondiga või tuletada üksikute magnetite voo mõõtmisest pluss vooluahela mudelist. Mõlemal lähenemisviisil on kompromissid.

Halli sondi otsemõõtmine pilus on konkreetse mõõdetud koostu jaoks täpne, kuid nõuab, et mootor oleks vähemalt osaliselt kokku pandud. See tabab kokkupanemise variatsioone – vale magneti paksuse, rootori viltu, liimijoonte kõikumisi –, mis osatasandil mõõtmisel puuduvad. Suuremahulise tootmise puhul on 100% vahesisene mõõtmine ebapraktiline; standardne lähenemisviis on proovipõhine kontroll tiheda sissetuleva magneti Br-juhtimisega.

Sissetuleva magneti kontrollimiseks on voo mõõtmine kalibreeritud seadmel (kogu voo või tipppinnavälja mõõtmine) korratavam kui Halli sondi näit, kuna see on magneti pinna keskmine. Kinnitus peab olema kalibreeritud tuntud Br-ga magnetite suhtes ja iga mootori geomeetria puhul tuleb empiiriliselt kindlaks teha korrelatsioon mootorisisese õhupilu voo tihedusega. Korrelatsioonitegurid 0,75–0,85 kinnituse pinnavälja ja mootorisisese õhupilu tiheduse vahel on tüüpilised BLDC rootorite segmenteeritud kaaremagnetitele.

6. Hinnete valiku kontrollnimekiri enne täpsustamist

Enne joonisel hinde lukustamist kontrollige neid viit punkti. Igaüks neist on vahelejätmisel tekitanud tootmisprobleeme.

Esiteks: milline on magneti maksimaalne pinnatemperatuur halvimal juhul, mitte ainult ümbritseval keskkonnal? Kasutage termilist simulatsiooni või mõõtmist – mitte ainult mähise temperatuuril põhinevat hinnangut, sest mähise ja magneti temperatuuri vaheline lõhe on mootori konstruktsioonispetsiifiline ja võib suure pilutäitega konstruktsioonide puhul olla 20–40 kraadi.

Teiseks: milline on minimaalne Pc ahelas maksimaalse demagnetiseeriva voolu korral? See on koormusjoone ristmik, mis määrab, kas magnet töötab põlve kohal või all. Kui välja nõrgenemise all olev tööpunkt langeb teie valitud astme puhul allapoole põlve, toimub pöördumatu demagnetiseerumine ja mootori omadused muutuvad püsivalt.

Kolmandaks: kas õhupilu pikkus on piisavalt rangelt reguleeritud, et mõistlik Cpk vahe tolerantsi puhul ei tekitaks voo tiheduses rohkem kui ±3% kõikumist? Kui ei, siis pingutage enne magnetklassi uuendamist tolerantsi.

Neljandaks: kas staatori raual on õhupilu sihtõhu voo tiheduse juures piisav Bsat-varu? Vahe 0,85 T-lt 0,95 T-ni võib halvasti konstrueeritud hamba küllastada, kaotades suure osa pöördemomendi suurenemisest ja lisades rauakadu.

Viiendaks: kas N48 või N50 lisatasu on õigustatud pöördemomendi tiheduse kasvuga või saab sama pöördemomendi saavutada ka N45 ja veidi suuremate magnetitega? Üle 10 000 ühiku tootmiskoguste puhul ületab kvaliteedi ja kulude erinevus sageli veidi suurema rootoritasku tööriistade maksumust. HIMAGNETi insenerimeeskond saab teie geomeetriat võrrelda – võtke meiega ühendust oma mootori välisläbimõõdu, virna pikkuse ja pöördemomendi sihtmärgi kohta.

Kuidas HIMAGNET toetab õhupilu voo tiheduse spetsifikatsiooni

HIMAGNET pakub magneti jõudlusandmeid, sealhulgas täielikke demagnetiseerimiskõveraid mitmel temperatuuril (20 kraadi, 60 kraadi, 100 kraadi, 120 kraadi, 150 kraadi olenevalt klassist), nii et kliendid saavad käivitada koormusjoone ja tööpunktide analüüsi ilma tühjast andmelehest alustamata. Kohandatud mootoriprogrammide puhul vaatab meie insenerimeeskond üle vooluahela geomeetria – magneti pikkuse, õhupilu ja staatori konfiguratsiooni –, et veenduda, et klassi valik vastab õhupilu voo sihttihedusele määratud töötemperatuuril enne konstruktsiooni lukustamist.

Kui teil on soovitud õhupilu voo tihedus, töötemperatuur ja mootori geomeetria, võtke klassi valiku ülevaatamiseks ühendust HIMAGNETiga ja esitage oma spetsifikatsioonid.