Demagnetiseerimine ei ole äkiline rike
Magnetite demagnetiseerimise üldine vaimne mudel on astmeline funktsioon: mootor töötab normaalselt, siis magnetid ebaõnnestuvad ja mootor lõpetab pöördemomendi tootmise. Praktikas see nii ei juhtu. NdFeB mootorite demagnetiseerimine on peaaegu alati osaline ja järkjärguline – magnetid kaotavad murdosa oma remanentsist, mootor toodab sama voolu juures veidi vähem pöördemomenti ja juhtimissüsteem kompenseerib voolu suurendamisega, mis toodab rohkem soojust, mis kiirendab edasist demagnetiseerumist. Rikkerežiim on aeglane triiv, mitte kalju.
Selleks ajaks, kui osaline demagnetiseerimine on tuvastatav mootori vähenenud jõudlusena, on magnetid tavaliselt kaotanud 5–15% oma algsest Br-st. Sel hetkel on demagnetiseerumine pöördumatu. Magneteid ei saa mootoris uuesti magnetiseerida ilma täieliku lahtivõtmiseta ja magnetiseerimisseadmesse naasmiseta. Kasutusele võetud robotliigendi või suletud servoajami puhul tähendab see täielikku ümberehitamist.
See artikkel hõlmab kolme mehhanismi, mis põhjustavad töötavates mootorites demagnetiseerumist, kuidas arvutada demagnetiseerimisriski antud magneti klassi ja tööpunkti jaoks ning mida täpsustada, et konstruktsioonil oleks piisav varu.
1. Kolm demagnetiseerimismehhanismi
Termiline demagnetiseerimine, lühise demagnetiseerimine ja tööpunkti demagnetiseerimine on erinevad mehhanismid, millel on erinevad põhjused ja erinevad lahendused. Nende segi ajamine viib valede parandusteni.
Termiline demagnetiseeriminetekib siis, kui magneti temperatuur ületab punkti, kus koertsitiivsus Hcj langeb alla taseme, mis on vajalik mootori enda demagnetiseerivale väljale vastupanu osutamiseks. See on läviefekt: allpool kriitilist temperatuuri on magnet stabiilne, sellest kõrgemal algab demagnetiseerumine ja on jahtumisel pöördumatu. N-klassi NdFeB (ilma termilise järelliideta) korral langeb Hcj järsult üle 80 kraadi. Antud mootorikonstruktsiooni kriitiline temperatuur sõltub õhupilu väljast ja magneti mahust – õhukese magnetosa ja suure demagnetiseeriva väljaga mootor võib demagnetiseeruda 90 kraadi juures, kus paremini konstrueeritud sama klassiga mootor oleks stabiilne kuni 120 kraadini.
Lühise demagnetiseeriminetekib rikketingimustes – faasidevahelised lühised, ajami vead või regeneratiivpidurdussündmused –, kus staatorivool tekitab demagnetiseeriva välja, mis ületab töötemperatuuril magneti Hcj. Normaalsetes töötingimustes ei ole korralikult konstrueeritud mootori tippvool piisavalt kõrge, et demagnetiseerida isegi N-klassi magneteid. Rikketingimuste korral võib vool millisekundite jooksul ulatuda 5–10-kordse nimiväärtuseni. See, kas see impulss magnetid demagnetiseerib, sõltub magneti paksusest, temperatuuril Hcj ja tõrke kestusest.
Tööpunkti demagnetiseerimineon kõige salakavalam, kuna see võib ilmneda normaalsetel töötemperatuuridel ilma riketeta. See juhtub siis, kui mootor on projekteeritud vajaliku tipppöördemomendi jaoks ebapiisava magneti paksusega, nii et tippvoolu korral läheneb demagnetiseeriv väli Hcj või ületab selle. Iga pöördemomendi impulss jätab magnetid veidi nõrgemaks. Aja jooksul jõudlus väheneb. Tavaliselt diagnoositakse seda valesti kui laagrite kulumist või mähiste lagunemist.
2. Demagnetiseerimise koormusjoon
Demagnetiseerimise analüüsi peamine tööriist on magneti tööpunkt BH demagnetiseerimiskõveral. Igal NdFeB magnetil on avaldatud BH kõver mitmel temperatuuril – tavaliselt 20 kraadi, 100 kraadi, 150 kraadi ja mõnikord 180 kraadi. Mootori projekteerija arvutab välja tööpunkti: B (magneti voo tihedus) ja H (magnetile rakendatav demagnetiseeriv väli) kombinatsioon halvimatel töötingimustel, mis on tavaliselt voolutipp maksimaalsel töötemperatuuril.
Tööpunkt peab jääma BH kõvera "põlvest" paremale – punkt, kus kõver hakkab järsult allapoole kõverduma. Põlve all põhjustab demagnetiseeriva välja edasine suurenemine pöördumatut voo kadu. Põlve kohal on demagnetiseerimine pöörduv: voog ajutiselt väheneb rakendatud välja all, kuid taastub välja eemaldamisel.
N42SH magnetite puhul 150 kraadi juures (tavaline tööstuslike servorakenduste puhul) on BH kõvera põlv ligikaudu H=-950 kA/m juures. Kui mootori konstruktsiooni tulemuseks on 150 kraadi ja tippvoolu demagnetiseerimisväli -700 kA/m, on põlve kohal 250 kA/m varu. Konservatiivse konstruktsiooni puhul peaks see marginaal olema vähemalt 150–200 kA/m, võttes arvesse Hcj magneti vahelist erinevust (tootmises tavaliselt ±50 kA/m) ja temperatuuri mõõtmise ebakindlust.
3. Hinnete järelliidete valik: mida täht tegelikult tähendab
Termiline järelliide NdFeB klassi tähistes - H, SH, UH, EH - näitab maksimaalset töötemperatuuri, mille juures koertsitiivsus Hcj vastab minimaalsele spetsifikatsioonile. N42 ilma järelliiteta on hinnatud maksimaalseks töötemperatuuriks 80 kraadi. N42H on hinnatud 120 kraadini. N42SH on hinnatud 150 kraadini. N42UH on hinnatud 180 kraadini. N42EH on hinnatud 200 kraadini.
Need ei ole absoluutsed temperatuuripiirangud, kus magnet koheselt rikki läheb – need on temperatuurid, mille juures on täidetud minimaalne Hcj spetsifikatsioon. Üle nimitemperatuuri võib magnet siiski olla stabiilne, sõltuvalt mootori spetsiifilisest demagnetiseerivast väljast. Alla nimitemperatuuri on täiendav Hcj marginaal.
Klassi valiku viga, mis põhjustab kõige rohkem väljatõrkeid: sufiksi määramine mähise temperatuuri, mitte magneti temperatuuri alusel. Suletud servomootoris, mille korpusel on sundkonvektsioonjahutus, võib mähis ulatuda 130 kraadini, samas kui magneti pinnatemperatuur (mis mõjutab otseselt Hcj-d) ulatub 110 kraadini, kuna magnet on jahutatava korpuse seinale lähemal. Ja vastupidi, raamita mootoris, mille rootor on ümbritsetud vaakum- või madala juhtivusega struktuuriga, võib magneti temperatuur pideva töötamise ajal ületada mähise temperatuuri. Magneti temperatuuri tuleb mõõta või modelleerida – seda ei saa järeldada mähise temperatuurist ilma mootori geomeetria termilise mudelita.
4. Praktilised marginaalinõuded rakenduse järgi
Tööstuslikud servoteljed (CNC, tööstusrobotid): disain 30% Hcj marginaali jaoks põlvest kõrgemal mähise maksimaalsel temperatuuril. 30% põhjustab ±5% Hcj tootmismuutust, temperatuuri mõõtmise ebakindlust ja tõsiasja, et tõrkeolud panevad mootori aeg-ajalt üle nimivoolu.
Koostöös loodud robotliigendid ja otseajamiga pöördemomendiga mootorid: disain 40% marginaaliga. Koostööroboteid kasutatakse sageli nende pöördemomendi piiride lähedal kontaktirohketes ülesannetes ja ootamatute kontaktjuhtumite ajal võib tippvool lühiajaliselt ületada nimivoolu. Põllu ümberehitamise maksumus on piisavalt kõrge, et konservatiivsus tasub end ära.
UAV tõukemootorid: projekteeritud 25% varu jaoks pideva nimitemperatuuri juures. UAV-mootorid on harva pika aja jooksul tippvoolul – tippvool ilmneb ainult õhkutõusu ja agressiivsete manöövrite ajal. Kruiisil on demagnetiseeriv väli tugevalt alla tipu. 25% marginaal katab starditingimuse.
Kõrge temperatuuriga rakendused (ekstruuderi ajamid, töötlemismasinad kuumutatud tööriistade läheduses): kasutage SH- või UH-klassi ja projekteerige 35% varu maksimaalse eeldatava magneti temperatuuril, mitte ümbritseva õhu temperatuuril. Kui mootor on poltidega kinnitatud 180 kraadi kuumutatud plaadi külge, läheneb magneti temperatuur püsiolekus 180 kraadile olenemata mähise temperatuurist.
5. Mida küsida oma magneti tarnijalt
Täielik demagnetiseerimistakistuse spetsifikatsioon sisaldab kolme elementi, mida iga pädev magnetitarnija peaks suutma pakkuda:
Esiteks täielik BH demagnetiseerimiskõver töötemperatuuril, mitte ainult toatemperatuuri kõver. Mootori jaoks, mille magnettemperatuur on 150 kraadi, vajate 150 kraadi kõverat. Paljud andmelehed näitavad ainult 20 kraadi andmeid – sellest ei piisa demagnetiseerimise analüüsiks.
Teiseks minimaalne Hcj kogu tootmispartii temperatuuril, mitte tüüpiline või nimiväärtus. Tootmise NdFeB Hcj varieeruvus on samal klassil ±3–5%. Mootoril, mis on konstrueeritud nimiväärtusele Hcj, on tootmises üksused, mis demagnetiseeruvad töötingimustes, mille konstruktsioonianalüüs ütles, et need on ohutud.
Kolmandaks, voo tiheduse kaardistamise mõõtmine magnetiseeritud magnetite proovipartiil. Mõõtmine kinnitab, et tootmises saavutatud magnetiseerituse tase vastab spetsifikatsioonile. See annab ka lähtetaseme sissetuleva kontrolli jaoks – tulevasi tootmispartiisid saab võrrelda algtasemega, et tuvastada magnetiseerimisprotsessi triivi, enne kui see mõjutab mootori jõudlust põllul.
HIMAGNET pakub BH-kõvera andmeid töötemperatuuril, minimaalseid Hcj-spetsifikatsioone tootmispartiide kaupa ja voolutiheduse kaardistamise teenuseid mootorimagneti kvalifitseerimiseks. Demagnetiseerimismarginaali analüüsi toetamiseksvõtke ühendust meie insenerimeeskonnagateie hinde, töötemperatuuri ja maksimaalse demagnetiseeriva väljaga.
