I. Die 'oorlewingstoets' onder hoëspoedrotasie
Magnetiese levitasiemotors, met hul voordele van kontaklose werking, hoë doeltreffendheid en uiters hoë rotasiespoed, word toenemend in hoë-end toerusting soos industriële blasers, kompressors en energiebergingsvliegwiele gebruik. Wanneer die rotasiespoed egter tienduisende omwentelinge per minuut of selfs hoër bereik, word die permanente magnete op die rotor aan 'n ernstige 'oorlewingstoets' onderwerp.
Waar lê die probleem?
Magnetiese levitasiemotors gebruik gewoonlik gesinterde NdFeB as die permanente magneetmateriaal. Alhoewel NdFeB uitstekende magnetiese eienskappe bied - insluitend 'n baie hoë magnetiese energieproduk en koërsiwiteit - het dit 'n kritieke swakheid: sy druksterkte is veel groter as sy treksterkte . Gesinterde NdFeB, wat deur poeiermetallurgie vervaardig word, het tipies 'n treksterkte van nie meer as 80 MPa nie. By hoë spoed genereer die sentrifugale krag aansienlike trekspanning binne die permanente magneet – onder bedryfstoestande van 18 000 rpm kan die sentrifugale spanning in NdFeB 160 MPa oorskry, byna dubbel sy eie sterktelimiet.
Dit is soos 'n tou wat van 'n bros materiaal gemaak is: dit weerstaan druk sonder probleme, maar breek maklik onder spanning. Wanneer die motor teen hoë spoed roteer, word die permanente magnete aan trekkragte onderwerp soos hulle 'buitewaarts gegooi word.' Sodra die limiet oorskry word, sal die magneetstaal kraak, breek of selfs die rotor laat bars.
II. Koolstofveselhuls: 'n 'stywe pantser' vir die magneetstaal
Hoe kan ons die brose permanente magnete beskerm teen krake onder sentrifugale krag? Die doeltreffendste oplossing wat vandag beskikbaar is, is om 'n koolstofveselhuls oor die permanente magnete te voeg.
Koolstofvesel het 'n treksterkte van meer as 5000 MPa, wat die sterktelimiet van NdFeB ver oorskry. Nog belangriker, in vergelyking met tradisionele metaalmoue soos titaniumlegering, bied die koolstofveselmou drie groot voordele:
Liggewig en hoë sterkte - Die spesifieke sterkte (sterkte-tot-digtheid-verhouding) van koolstofvesel is baie hoër as dié van metale, so 'n dunner en ligter materiaal kan voldoende beskermende sterkte verskaf.
Geen wervelstroomverlies nie – Koolstofvesel is 'n swak geleier, so dit genereer nie hoëfrekwensie wervelstroomverliese soos metaalhulse nie, en vermy dus bykomende kragverlies en verhittingskwessies.
Lae termiese uitsetting - Koolstofvesel het 'n lae termiese uitsettingskoëffisiënt, wat goeie dimensionele stabiliteit onder hoë temperatuur bedryfstoestande verseker.
III. Die kerngeheim vir anti-kraak: Voorstres
Beteken die byvoeging van 'n koolstofveselmou dat alles opgelos is? Nie heeltemal nie.
Die sleutelpunt is dat beide die huls en die permanente magnete radiale uitsetting ondergaan as gevolg van sentrifugale krag tydens hoëspoedrotasie. As die huls bloot 'gepas' oor die magnete is, sal 'n gaping tussen hulle verskyn – want die radiale vervorming van die huls is dikwels groter as dié van die magnete. Sodra 'n gaping gevorm word, verloor die huls sy beperking op die magnete, en die magneetstaal sal steeds kraak.
Die oplossing is om 'n deurlopende 'voorspanning' op die permanente magnete toe te pas.
Deur 'n interferensiepassing tussen die mou en die magnete te skep (dws die mou se binnedeursnee is effens kleiner as die magnete se buitenste deursnee), tree die mou op soos 'n 'stywe pak' wat styf om die magnete vou, wat 'n inwaartse radiale drukspanning toepas. Wanneer die rotor teen hoë spoed roteer, werk hierdie voorspanning die trekspanning wat deur sentrifugale krag veroorsaak word effektief teen.
Navorsing toon dat wanneer die interferensie meer as 0.10 mm bereik, die maksimum sentrifugale spanning in die permanente magnete van meer as 160 MPa tot onder 70 MPa verminder kan word, ver onder hul sterktegrens. Onder uiterste toestande (bv. 200 °C hoë temperatuur plus oorspoed rotasie), alhoewel die hoepelspanning in die koolstofveselhuls tot bo 1000 MPa kan styg, is daar steeds voldoende veiligheidsmarge relatief tot die koolstofveselmateriaal se sterktelimiet van 1400 MPa.
IV. Hoe om voorspanning te bereik? Twee Prosesroetes
Tans is daar twee hoofstroommetodes om voorspanning in 'n koolstofveselmou te bewerkstellig:
Roete 1: Interferensie-samestelling
Die koolstofveselhuls word afsonderlik vervaardig en dan deur termiese of koue pas op die rotor gemonteer. Byvoorbeeld, deur die rotor af te koel tot –190 °C, kan die huls met baie min aksiale krag aangeskuif word; alternatiewelik kan 'n aksiale perspasmetode met 'n drukkrag van tot 25 kN gebruik word.
Hierdie metode het egter nadele: koolstofvesel is bros en het swak taaiheid, wat dit geneig maak tot skade en krake tydens interferensiemontering. Boonop is die samestellingsproses kompleks en is interferensiebeheer moeilik.
Roete 2: Hoëspanning-wikkeling (die beter oplossing)
Koolstofvesel word direk op die rotoroppervlak gewikkel, en tydens die wikkelproses word hoë spanning op die veselslepe toegepas, wat elke laag vesel styf om die permanente magneetoppervlak vou.
Die subtiliteit van hierdie metode is dat die wikkelproses self die voorspanningaanwendingsproses is . Deur die veselspanning te beheer, kan die verlangde voorspanningsveld op die huls geplaas word, wat die tradisionele meganiese steuringsmetode vervang.
V. SDM se Koolstofveselwikkelingsproses
Op die gebied van magnetiese levitasie-hoëspoedmotorrotors het Hangzhou SDM Magnetics Co., Ltd. 'n volwasse bemeester koolstofveselwikkelproses . Die tegniese kenmerke daarvan word hoofsaaklik in die volgende aspekte weerspieël:
Hoë-spanning omtrek wikkel tegnologie. SDM gebruik die prosesroete om koolstofvesel direk in die omtrek op die rotoroppervlak te draai. Deur die spanning wat tydens wikkeling op die koolstofvesel-slepe toegepas word, presies te beheer, word die vesellae styf aan die buitenste oppervlak van die permanente magnete gevorm. Hierdie proses verskaf terselfdertyd die vereiste vooraf-spankrag aan die magnete terwyl die huls vervaardig word, wat die kraakrisiko's en monteringsprobleme wat met tradisionele interferensiemontering geassosieer word, vermy.
Presiese spanningskedulebeheer. SDM se proses gebruik buigsaam verskillende spanningbeheermodusse volgens verskeie bedryfsvereistes. Om aan verskillende spanningverspreidingsbehoeftes te voldoen – soos 'losser binne, stywer buite' of 'stywer binne, losser buite' – kan hulle konstante spanning, konstante wringkrag of tapse spanning wikkelmodusse kies. Deur die wikkelspanning laag vir laag te beheer, kan die oorblywende spanning in die vesellae eenvormig versprei word tot 'n ideale toestand.
Kwantitatiewe verifikasie van voorspankrag. SDM het 'n volledige tegniese geslote lus daargestel, van teoretiese berekening tot eindige element simulasie, en uiteindelik tot eksperimentele verifikasie. Vir die voorspankrag wat deur die hoëspanning gewikkelde koolstofveselhuls op die permanente magnete gegenereer word, is die gemiddelde fout tussen eksperimentele toetsresultate en analitiese berekeninge 8.56%, en die gemiddelde fout relatief tot eindige element-simulasie is 7.88% - hierdie vlak van akkuraatheid waarborg ten volle die betroubaarheid van die voorspanningontwerp.
Geïntegreerde volle proses vermoë. Van die keuse van koolstofveselmateriaal, strukturele ontwerp en elektromagnetiese ontwerp tot gietsamestellingsprosesse, toerustingvervaardiging en inspeksie en toetsing, beskik SDM oor 'n volledige tegniese vermoë. Die maatskappy het sy hoofkwartier in Hangzhou en het 'n bedryfshandel-geïntegreerde uitleg, wat dit in staat stel om kliënte van 'n volledige kettingoplossing van magnete tot rotorsamestellings te voorsien.
Dit is juis met hierdie verfynde koolstofveselwikkelingsproses dat SDM se magnetiese levitasie-hoëspoedmotorrotors effektief kan voorkom dat magneetstaal krake onder hoëspoed-sentrifugale toestande, wat veilige, stabiele en betroubare werking van die rotor onder die veeleisende toestande van tienduisende omwentelinge per minuut verseker.
