ফ্রেমলেস টর্ক মোটরসের 'উচ্চ-তাপমাত্রা হত্যাকারী': চুম্বক ডিম্যাগনেটাইজেশনের ঝুঁকি কতটা গুরুতর?

রোবট জয়েন্ট, সহযোগী রোবোটিক অস্ত্র এবং ডাইরেক্ট-ড্রাইভ রোটারি টেবিলের মতো উচ্চ-পারফরম্যান্স মোশন কন্ট্রোল পরিস্থিতিতে, ফ্রেমহীন টর্ক মোটর ক্রমশ সাধারণ হয়ে উঠছে। তাদের কোনো আবাসন নেই, কোনো বিয়ারিং নেই—মূলত একটি 'বেয়ার রোটর + স্টেটর' পাওয়ার কোর যা সরাসরি যান্ত্রিক কাঠামোর মধ্যে এম্বেড করা হয়, উচ্চ টর্কের ঘনত্ব, উচ্চ দৃঢ়তা এবং একটি কমপ্যাক্ট পদচিহ্ন প্রদান করে।

যাইহোক, অনেক প্রকৌশলী নির্বাচন এবং ব্যবহারের সময় একটি সম্ভাব্য ঝুঁকি উপেক্ষা করেন:  উচ্চ তাপমাত্রায় স্থায়ী চুম্বকগুলির অপরিবর্তনীয় ডিম্যাগনেটাইজেশন । একবার ডিম্যাগনেটাইজেশন ঘটলে, মোটর টর্ক ড্রপ অনুভব করে, উত্তাপ বৃদ্ধি পায় এবং এমনকি পুরো জয়েন্টটিকে 'দুর্বল' ছেড়ে দিতে পারে।

I. একটি ফ্রেমহীন টর্ক মোটরের চুম্বকগুলি কী কী?

ফ্রেমলেস টর্ক মোটরগুলি সাধারণত স্থায়ী চুম্বক সিঙ্ক্রোনাস মোটর, উচ্চ-কার্যক্ষমতাসম্পন্ন স্থায়ী চুম্বক-সাধারণত 'চুম্বক' হিসাবে উল্লেখ করা হয়-রটার পৃষ্ঠের উপর বা ভিতরে মাউন্ট করা হয়।

আজ ব্যবহৃত মূলধারার চুম্বক উপাদান হল  নিওডিয়ামিয়াম-আয়রন-বোরন (NdFeB) , এর ব্যতিক্রমী চৌম্বক কর্মক্ষমতার কারণে, খুব কম আয়তনে উচ্চ বায়ু-ব্যবধানের ফ্লাক্স তৈরি করতে সক্ষম — ফ্রেমহীন টর্ক মোটরগুলির জন্য আদর্শ যা অত্যন্ত উচ্চ টর্ক ঘনত্বের দাবি করে৷

কিন্তু NdFeB এর একটি অন্তর্নিহিত দুর্বলতা রয়েছে:  তুলনামূলকভাবে দুর্বল তাপ প্রতিরোধের.

২. কিভাবে উচ্চ-তাপমাত্রা demagnetization ঘটবে?

স্থায়ী চুম্বকের চুম্বকত্ব সত্যিই 'স্থায়ী' নয়। তাপমাত্রা যখন একটি নির্দিষ্ট স্তরে বৃদ্ধি পায়, তখন চুম্বকের অভ্যন্তরে চৌম্বকীয় ডোমেনের প্রান্তিককরণ অস্থির হয়ে ওঠে এবং চৌম্বক শক্তি ধীরে ধীরে হ্রাস পায়।

Demagnetization দুই ধরনের বিভক্ত করা হয়:

1. বিপরীতমুখী demagnetization

তাপমাত্রা বৃদ্ধির সাথে সাথে চৌম্বকীয় শক্তি সাময়িকভাবে হ্রাস পায়, কিন্তু তাপমাত্রা কমে গেলে পুনরুদ্ধার হয়। এই প্রকারটি ইতিমধ্যেই মোটর ডিজাইনের জন্য হিসাব করা হয়েছে এবং সাধারণত সীমা অতিক্রম না করা পর্যন্ত সমস্যা হয় না।

2. অপরিবর্তনীয় ডিম্যাগনেটাইজেশন

যদি তাপমাত্রা চুম্বকের সহনশীলতার সীমা অতিক্রম করে, বা উচ্চ তাপমাত্রায় একটি শক্তিশালী ডিম্যাগনেটাইজিং ক্ষেত্র প্রয়োগ করা হয়, তবে কিছু চৌম্বকীয় ডোমেন স্থায়ীভাবে ব্যাহত হয় এবং তাপমাত্রা স্বাভাবিক অবস্থায় ফিরে আসার পরেও চুম্বকত্ব সম্পূর্ণরূপে পুনরুদ্ধার করতে পারে না। এটি  স্থায়ী ডিম্যাগনেটাইজেশন  যা আমরা সবচেয়ে বেশি উদ্বিগ্ন।

সাধারণ NdFeB চুম্বকগুলির জন্য, অপরিবর্তনীয় ডিম্যাগনেটাইজেশনের জন্য গুরুত্বপূর্ণ তাপমাত্রা সাধারণত  80°C এবং 150°C এর মধ্যে থাকে , যা চুম্বক গ্রেডের উপর নির্ভর করে। ফ্রেমলেস টর্ক মোটরগুলিতে, তাদের কমপ্যাক্ট গঠন এবং দুর্বল তাপ অপচয়ের কারণে, অপারেশন চলাকালীন স্থানীয় তাপমাত্রা সহজেই এই পরিসীমা অতিক্রম করতে পারে।

III. কেন ফ্রেমহীন টর্ক মোটর উচ্চ-তাপমাত্রা ডিম্যাগনেটাইজেশনের জন্য বেশি সংবেদনশীল?

ঐতিহ্যবাহী হাউজড মোটরগুলির তুলনায়, ফ্রেমহীন টর্ক মোটরগুলির বেশ কয়েকটি 'উচ্চ-তাপমাত্রার ফাঁদ' রয়েছে:

1. কমপ্যাক্ট গঠন, দরিদ্র তাপ অপচয় পাথ

ফ্রেমবিহীন মোটরগুলি সরাসরি যান্ত্রিক কাঠামোতে এম্বেড করা হয়, স্টেটর এবং হাউজিংয়ের মধ্যে যোগাযোগের ক্ষেত্র সীমিত থাকে, যা তাপ নিষ্কাশনকে কঠিন করে তোলে। অনেক রোবোটিক জয়েন্টে জায়গাগুলি আবদ্ধ থাকে এবং শুধুমাত্র প্রাকৃতিক পরিচলন বা সাধারণ তাপ পরিবাহনের উপর নির্ভর করে, যার ফলে অভ্যন্তরীণ তাপমাত্রা বৃদ্ধি পায়।

2. উচ্চ টর্ক ঘনত্ব মানে উচ্চ বর্তমান ঘনত্ব

একটি সীমিত আয়তনের মধ্যে উচ্চ টর্ক সরবরাহ করতে, ফ্রেমহীন টর্ক মোটরগুলি প্রায়শই উচ্চ বর্তমান ঘনত্বে কাজ করে। তামার ক্ষতি বর্তমানের বর্গক্ষেত্রের সমানুপাতিক, উল্লেখযোগ্য তাপ উৎপন্ন করে।

3. ঘন ঘন ওভারলোড শর্ত

স্টার্টআপের সময়, জরুরী স্টপ, সংঘর্ষ সুরক্ষা, এবং লোড-হোল্ডিং পরিস্থিতিতে, মোটর স্রোত মুহূর্তের জন্য রেট করা মানের 2-3 গুণে পৌঁছাতে পারে, যার ফলে দ্রুত তাপমাত্রা বৃদ্ধি পায়।

4. চুম্বক সরাসরি কাছাকাছি তাপ উৎসের সংস্পর্শে আসে

রটার চুম্বকগুলি স্টেটর উইন্ডিংগুলির কাছাকাছি থাকে৷ স্টেটর থেকে তাপ বিকিরিত হয় এবং রটারে বায়ুর ফাঁক জুড়ে সঞ্চালিত হয় এবং চুম্বকের তাপমাত্রা ঘুরতে থাকা তাপমাত্রার কাছাকাছি বা এমনকি অতিক্রম করতে পারে।

IV উচ্চ-তাপমাত্রা ডিম্যাগনেটাইজেশনের পরিণতি

একবার অপরিবর্তনীয় ডিম্যাগনেটাইজেশন ঘটলে, মোটর একাধিক সমস্যা প্রদর্শন করে:

•  টর্ক ধ্রুবক হ্রাস : একই কারেন্টের জন্য, আউটপুট টর্ক ড্রপ।

• ব্যাক-ইএমএফ হ্রাস পায় : মোটর বৈশিষ্ট্যযুক্ত বক্ররেখা পরিবর্তন হয়, নিয়ন্ত্রণের সঠিকতা হ্রাস করে।

• ঘূর্ণন সঁচারক বল বজায় রাখার জন্য কারেন্ট আরও বৃদ্ধি পায় : আরও উত্তাপের দিকে পরিচালিত করে—একটি দুষ্টচক্র।

• সিস্টেমের দক্ষতা হ্রাস : উচ্চ শক্তি খরচ, ব্যাটারি জীবন খারাপ বা সামগ্রিক শক্তি খরচ।

• জয়েন্টের দৃঢ়তা দুর্বল হয় : রোবটের জন্য, অবস্থান নির্ভুলতা এবং লোড ক্ষমতা উভয়ই প্রভাবিত হয়।

যা এটিকে আরও খারাপ করে তোলে তা হল এই অবনতি ধীরে ধীরে এবং অপরিবর্তনীয়। ব্যবহারকারীরা শুধুমাত্র একটি সুস্পষ্ট ত্রুটি সনাক্ত করতে সক্ষম না হয়ে, সময়ের সাথে সাথে 'মোটরটি কম শক্তিশালী বোধ করছে' লক্ষ্য করতে পারে।

V. চুম্বক উচ্চ-তাপমাত্রা demagnetization ঝুঁকি কমাতে কিভাবে?

ভাল খবর হল সঠিক নির্বাচন, নকশা এবং নিয়ন্ত্রণ কৌশলের মাধ্যমে ঝুঁকি উল্লেখযোগ্যভাবে প্রশমিত করা যেতে পারে।

1. উচ্চ তাপমাত্রার গ্রেড সহ চুম্বক চয়ন করুন

NdFeB চুম্বকগুলি বিভিন্ন তাপমাত্রার গ্রেডে আসে, সাধারণত N, M, H, SH, UH, EH, ইত্যাদি। বর্ণমালায় অক্ষর যত বেশি হবে, তাপমাত্রার ক্ষমতা তত বেশি হবে। যেমন:

•  এন সিরিজ: সর্বাধিক অপারেটিং তাপমাত্রা 80 ডিগ্রি সেলসিয়াস

• H সিরিজ: 120°C

• এসএইচ সিরিজ: 150 ডিগ্রি সেলসিয়াস

•  UH সিরিজ: 180°C

•  EH সিরিজ: 200°C

ফ্রেমলেস টর্ক মোটরগুলির জন্য, বিশেষত রোবোটিক জয়েন্ট অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে, কমপক্ষে  SH গ্রেড বা উচ্চতর এবং যেখানে সম্ভব, UH বা EH নির্বাচন করার পরামর্শ দেওয়া হয়।

2. 'ডিম্যাগনেটাইজেশন কার্ভ' এবং হাঁটুর বিন্দুতে মনোযোগ দিন

মোটর ডিজাইনের সময়, চুম্বক অপারেটিং পয়েন্টটি ডিম্যাগনেটাইজেশন বক্ররেখার 'হাঁটু বিন্দু' থেকে ভালভাবে দূরে থাকা উচিত। সর্বাধিক অপারেটিং তাপমাত্রা এবং সর্বাধিক ডিম্যাগনেটাইজিং কারেন্টের অধীনে, চুম্বকটি এখনও নিরাপদ অঞ্চলে কাজ করা উচিত। নির্বাচন করার সময়, নির্মাতাকে বিভিন্ন তাপমাত্রায় ডিম্যাগনেটাইজেশন কার্ভ এবং সিমুলেশন ডেটা সরবরাহ করতে বলুন।

3. তাপ ব্যবস্থাপনা উন্নত করুন

• স্টেটর এবং হাউজিং এর মধ্যে থার্মাল গ্রীস বা থার্মাল প্যাড ব্যবহার করুন।

• উপযুক্ত তাপ অপচয়ের পথ ডিজাইন করুন, প্রয়োজনে জোর করে বাতাস বা তরল ঠান্ডা যোগ করুন।

• মোটরের ভিতরে বা উইন্ডিংয়ের কাছাকাছি তাপমাত্রা সেন্সর রাখুন।

• উচ্চ-তাপমাত্রা পরিবেশে মোটরটির দীর্ঘায়িত পূর্ণ-লোড অপারেশন এড়িয়ে চলুন।

4. বর্তমান এবং ওভারলোড সময়কাল নিয়ন্ত্রণ

দীর্ঘ ওভারলোড এড়াতে ড্রাইভের মাধ্যমে সর্বোচ্চ বর্তমান এবং সময়কাল সীমিত করুন। টেকসই হোল্ডিং টর্কের প্রয়োজনীয় অ্যাপ্লিকেশনগুলির জন্য, কারেন্ট হোল্ডিং কমানো বা সহায়তা হিসাবে যান্ত্রিক ব্রেক ব্যবহার করার কথা বিবেচনা করুন।

5. 'স্টল + হাই কারেন্ট' সমন্বয় এড়িয়ে চলুন

স্টল চলাকালীন, ব্যাক-ইএমএফ শূন্য, এবং সমস্ত কারেন্ট তাপে রূপান্তরিত হয়- এটি ডিম্যাগনেটাইজেশনের জন্য সর্বোচ্চ ঝুঁকিপূর্ণ পরিস্থিতিগুলির মধ্যে একটি। সিস্টেম ডিজাইন দীর্ঘস্থায়ী স্টল অবস্থা এড়াতে বা স্টল সুরক্ষা বাস্তবায়ন করা উচিত।

6. নিয়মিত মোটর অবস্থা নিরীক্ষণ

ব্যাক-ইএমএফ ধ্রুবক, নো-লোড কারেন্ট এবং তাপমাত্রা বৃদ্ধির মতো পরামিতিগুলি পর্যবেক্ষণ করে, আপনি পরোক্ষভাবে নির্ধারণ করতে পারেন যে ডিম্যাগনেটাইজেশন ঘটেছে কিনা। হাই-এন্ড সিস্টেমগুলি মডেল-ভিত্তিক অনলাইন রাজ্য অনুমানকে অন্তর্ভুক্ত করতে পারে।

VI. সারাংশ

ফ্রেমলেস টর্ক মোটরগুলিতে চুম্বকের উচ্চ-তাপমাত্রা ডিম্যাগনেটাইজেশন একটি 'অদৃশ্য কিন্তু মারাত্মক' ঝুঁকি। এটি একটি ভাঙা শ্যাফ্ট বা পোড়া বাতাসের মতো স্পষ্ট নয়, তবুও এটি চুপিসারে টর্ক এবং নির্ভুলতার মোটর কেড়ে নেয়।

রোবোটিক্স, CNC রোটারি টেবিল এবং ডাইরেক্ট-ড্রাইভ জয়েন্টের মতো অ্যাপ্লিকেশনের জন্য,  নির্বাচনের সময় উচ্চ-তাপমাত্রা-গ্রেডের চুম্বকগুলিতে একটু বেশি খরচ করা, ডিজাইনে অতিরিক্ত তাপীয় মার্জিন রেখে, এবং নিয়ন্ত্রণে আরও একটি ওভারলোড সুরক্ষা যোগ করা  প্রায়শই উল্লেখযোগ্য কর্মক্ষমতা হ্রাস এবং বিক্রয়োত্তর সমস্যাগুলিকে রাস্তার নিচে রোধ করতে পারে।