Δακτύλιος ακτινοβολίας NdFeB: Μια νέα γενιά βασικής τεχνολογίας που οδηγεί τον μετασχηματισμό του σχεδιασμού μαγνητικού κυκλώματος
Στο εργαστήριο κατασκευής σερβοκινητήρων υψηλής τεχνολογίας, οι μηχανικοί προσαρμόζουν προσεκτικά τις γωνίες ματίσματος των πλακιδίων μαγνήτη, προσπαθώντας να εξαλείψουν τις στρεβλώσεις του ασθενούς μαγνητικού πεδίου - ένα πρόβλημα που μαστίζει τη βιομηχανία εδώ και δεκαετίες. Σήμερα, αυτή η πρόκληση λύνεται αθόρυβα από ένα απρόσκοπτο δαχτυλίδι.
Οι πυροσυσσωματωμένοι NdFeB ακτινικά προσανατολισμένοι μαγνητικοί δακτύλιοι αντικαθιστούν σταδιακά τις παραδοσιακές λύσεις ματίσματος πλακιδίων τμηματοποιημένου μαγνήτη. Αυτός ο ενσωματωμένος μαγνητικός δακτύλιος ξεπερνά τα μειονεκτήματα της παραδοσιακής συναρμολόγησης σε σχήμα πλακιδίων, όπως η μαγνητική απώλεια και η δύσκολη συναρμολόγηση.
Σε αντίθεση με τους παραδοσιακούς ματισμένους μαγνητικούς δακτυλίους, οι οποίοι απαιτούν δομή πλαισίου από μαλακό μαγνητικό υλικό για τη στερέωση των μαγνητών πλακιδίων, οι μαγνητικοί δακτύλιοι ακτινοβολίας είναι ένας τύπος μόνιμου μαγνήτη ειδικά προσανατολισμένου σε σχήμα δακτυλίου με πιο ομοιόμορφη κατανομή μαγνητικού πεδίου, βελτιώνοντας αποτελεσματικά τον ημιτονοειδές βαθμό του μαγνητικού πεδίου του κενού αέρα του κινητήρα.
01 Ιστορικό Τεχνολογικής Αναβάθμισης
Οι παραδοσιακοί κινητήρες χωρίς ψήκτρες μόνιμου μαγνήτη χρησιμοποιούν ως επί το πλείστον μάτισμα πλακιδίων μαγνήτη για να σχηματίσουν ένα μαγνητικό κύκλωμα σε σχήμα δακτυλίου, αλλά αυτός ο σχεδιασμός έχει προφανή ελαττώματα. Η λύση ματίσματος πλακιδίων μαγνήτη απαιτεί μια δομή πλαισίου από μαλακό μαγνητικό υλικό για τη στερέωση των πλακιδίων, οδηγώντας σε σημαντική απώλεια μαγνητικής ροής και επηρεάζοντας σε μεγάλο βαθμό τον συντελεστή ισχύος και την απόδοση του κινητήρα.
Το πιο σημαντικό, οι συναρμολογημένοι μαγνητικοί δακτύλιοι υποφέρουν από υψηλές απαιτήσεις ακρίβειας επεξεργασίας, δύσκολη συναρμολόγηση, κακή ομαλότητα των μεταπτώσεων μαγνητικών πόλων και σοβαρό θόρυβο κινητήρα. Με την ταχεία ανάπτυξη της τεχνητής νοημοσύνης και των τεχνολογιών αυτοματισμού, η ζήτηση της αγοράς για μικροσκοπικούς, ελαφρούς και αποδοτικούς κινητήρες συνεχίζει να επεκτείνεται, καθιστώντας την παραδοσιακή τεχνολογία ματίσματος πλακιδίων μαγνητών όλο και πιο ανεπαρκή για να καλύψει τις τρέχουσες τεχνικές απαιτήσεις.
Αυτή η τεχνολογική δύσκολη κατάσταση έχει ωθήσει την έρευνα και την εφαρμογή μιας νέας γενιάς λύσεων μόνιμου μαγνήτη—μαγνητικούς δακτυλίους ακτινοβολίας NdFeB. Σε σύγκριση με τα παραδοσιακά πλακίδια μαγνήτη, οι δακτύλιοι ακτινοβολίας έχουν αναδειχθεί ως το προτιμώμενο βασικό συστατικό υλικού για την κατασκευή μικρών κινητήρων και αισθητήρων μόνιμου μαγνήτη υψηλής απόδοσης.
02 Σύγκριση τεχνολογίας πυρήνα: Δακτύλιος ακτινοβολίας έναντι τμηματοποιημένων μαγνητών πλακιδίων
Οι δακτύλιοι ακτινοβολίας και τα παραδοσιακά τεμαχισμένα πλακίδια μαγνήτη διαφέρουν σημαντικά σε πολλαπλές διαστάσεις. Όσον αφορά τη δομική ακεραιότητα , οι μαγνητικοί δακτύλιοι ακτινοβολίας σχηματίζονται ενιαία, ενώ τα τεμαχισμένα μαγνητικά πλακίδια συναρμολογούνται από πολλαπλά ανεξάρτητα μαγνητικά μπλοκ.
Όσον αφορά την ομοιομορφία του μαγνητικού πεδίου , οι μαγνητικοί δακτύλιοι ακτινοβολίας έχουν συνεχή κατανομή μαγνητικού πεδίου με ημιτονοειδή κυματομορφή και μικρές ζώνες μετάβασης μεταξύ των μαγνητικών πόλων, ενώ τα τεμαχισμένα μαγνητικά πλακίδια παρουσιάζουν εμφανείς παραμορφώσεις μαγνητικού πεδίου και περιοχές τοπικής αδυναμίας.
Η πολυπλοκότητα της συναρμολόγησης είναι επίσης σημαντική. Η διαδικασία συναρμολόγησης των δακτυλίων ακτινοβολίας απλοποιείται, εξαλείφοντας περισσότερα από δέκα βήματα, όπως η κοπή πλακιδίων με μαγνήτη, η τοποθέτηση και η συγκόλληση. Αντίθετα, τα τεμαχισμένα πλακίδια μαγνήτη απαιτούν πολύπλοκες διαδικασίες συναρμολόγησης και πολλαπλά στάδια επεξεργασίας.
Από την άποψη της δομικής αντοχής , οι δακτύλιοι ακτινοβολίας συντήκονται στο σύνολό τους, εξαλείφοντας τις φυσικές αδυναμίες σύνδεσης από το μάτισμα ή τη συγκόλληση και παρουσιάζουν εξαιρετική αντοχή στην κρούση και αντοχή σε κραδασμούς. Συγκριτικά, τα τμηματικά πλακίδια μαγνήτη έχουν αδυναμίες φυσικής σύνδεσης.
Όσον αφορά τη σχέση κόστους-αποτελεσματικότητας , αν και οι δακτύλιοι ακτινοβολίας έχουν υψηλότερο αρχικό κόστος κατασκευής, προσφέρουν σημαντικά πλεονεκτήματα στο κόστος του κύκλου ζωής. Τα τμηματοποιημένα πλακίδια μαγνήτη, από την άλλη πλευρά, υποφέρουν από μακροπρόθεσμα μειονεκτήματα κόστους λόγω πολύπλοκων διαδικασιών και περιορισμών απόδοσης.
Επιπλέον, όσον αφορά την απόδοση του κινητήρα , οι δακτύλιοι ακτινοβολίας βελτιώνουν σημαντικά τον ημιτονοειδές βαθμό του μαγνητικού πεδίου του διακένου αέρα του κινητήρα, μειώνοντας τον λειτουργικό θόρυβο και τους κραδασμούς. Ωστόσο, τα τμηματοποιημένα πλακίδια μαγνήτη προκαλούν ασταθή λειτουργία του κινητήρα και υψηλότερο θόρυβο λόγω παραμορφώσεων του μαγνητικού πεδίου και κενών μεταξύ των πλακιδίων.
03 Τεχνική Ταξινόμηση και Διαδικασίες Κατασκευής
Οι μαγνητικοί δακτύλιοι ακτινοβολίας NdFeB μπορούν να κατηγοριοποιηθούν σε διάφορους τύπους με βάση τις μεθόδους κατασκευής: συνδεδεμένοι μαγνητικοί δακτύλιοι ακτινοβολίας NdFeB, μαγνητικοί δακτύλιοι ακτινοβολίας NdFeB με θερμή εξώθηση και μαγνητικοί δακτύλιοι ακτινοβολίας NdFeB πυροσυσσωματωμένοι μεταλλουργίας σκόνης.
Η διαδικασία συγκόλλησης είναι σχετικά ώριμη και φθηνή, επομένως οι δεσμευμένοι δακτύλιοι ακτινοβολίας NdFeB αντιπροσωπεύουν το μεγαλύτερο μερίδιο παραγωγής. Ωστόσο, οι συνδεδεμένοι μαγνητικοί δακτύλιοι έχουν χαμηλότερη πυκνότητα και απόδοση, περιορίζοντας την ανάπτυξή τους σε σενάρια εφαρμογών υψηλής τεχνολογίας.
Αντίθετα, οι μαγνητικοί δακτύλιοι ακτινοβολίας NdFeB με πυροσυσσωμάτωση και θερμή πίεση/θερμή παραμόρφωση υψηλής απόδοσης προσφέρουν υψηλότερη μαγνητική απόδοση, αλλά αντιμετωπίζουν μεγαλύτερες τεχνικές προκλήσεις. Λόγω των σημαντικών διαφορών στους λόγους συρρίκνωσης και στους συντελεστές θερμικής διαστολής μεταξύ των κατευθύνσεων του άξονα εύκολης μαγνήτισης και του άξονα σκληρής μαγνήτισης των κόκκων NdFeB, αυτοί οι μαγνητικοί δακτύλιοι είναι επιρρεπείς σε Θραυσματοποίηση κατά την προετοιμασία, τη μαγνήτιση και τη συναρμολόγηση, με αποτέλεσμα χαμηλούς ρυθμούς τελικού προϊόντος και γενικά υψηλότερες τιμές.
04 Εφαρμογές πολλαπλών τομέων
Οι μαγνητικοί δακτύλιοι ακτινοβολίας NdFeB έχουν επιδείξει ευρείες προοπτικές εφαρμογής σε πολλαπλά πεδία υψηλής ποιότητας. Στον τομέα του βιομηχανικού αυτοματισμού , οι δακτύλιοι ακτινοβολίας είναι ιδιαίτερα κατάλληλοι για κινητήρες ελέγχου υψηλής ταχύτητας, υψηλής ακρίβειας, όπως σερβοκινητήρες και βιομηχανικά ρομπότ.
Οι εγχώρια αναπτυγμένοι πολυπολικοί μαγνητικοί δακτύλιοι ακτινοβολίας έχουν περάσει πιλοτικές δοκιμές και εφαρμόζονται με επιτυχία σε έργα σερβοκινητήρων μεταγενέστερων επιχειρήσεων, σπάζοντας τη μακροπρόθεσμη εξάρτηση από εισαγόμενους σερβοκινητήρες στην Κίνα. Σύμφωνα με δοκιμές, οι κινητήρες που χρησιμοποιούν τέτοιους μαγνητικούς δακτυλίους παρουσιάζουν τουλάχιστον 10% αύξηση στην ισχύ σε σύγκριση με τις παραδοσιακές λύσεις πλακιδίων μαγνητών.
Στον τομέα της τεχνολογίας αισθητήρων , οι μαγνητικοί δακτύλιοι NdFeB παίζουν επίσης σημαντικό ρόλο. Ερευνητές από τα Ινστιτούτα Φυσικής Επιστήμης Hefei, Κινεζική Ακαδημία Επιστημών, ανέπτυξαν έναν αισθητήρα φασματοσκοπίας περιστροφής Faraday που βασίζεται σε μια διάταξη δακτυλίων μόνιμου μαγνήτη NdFeB για την ανίχνευση αερίων όπως το μονοξείδιο του αζώτου και το διοξείδιο του αζώτου.
Αυτός ο αισθητήρας χρησιμοποιεί 14 πανομοιότυπους δακτυλίους μόνιμου μαγνήτη NdFeB διατεταγμένους σε μη ίση απόσταση για να δημιουργήσει ένα σταθερό στατικό μαγνητικό πεδίο, με μέση ένταση μαγνητικού πεδίου να φτάνει τα 346 Gauss. Σε σύγκριση με τις παραδοσιακές λύσεις ηλεκτρομαγνητικών πηνίων, αυτό μειώνει σημαντικά την κατανάλωση ενέργειας.
Στον τομέα της αυτοκινητοβιομηχανίας και του εξοπλισμού υψηλών προδιαγραφών , με την πρόοδο του αυτοματισμού εξοπλισμού, των τεχνολογιών σχεδιασμού και κατασκευής κινητήρων ακριβείας και μόνιμου μαγνήτη, οι σερβοκινητήρες μόνιμου μαγνήτη υψηλής απόδοσης που χρησιμοποιούν πυροσυσσωματωμένους πολυπολικούς μαγνητικούς δακτυλίους ακτινοβολίας NdFeB έχουν ευρείες προοπτικές εφαρμογής σε αυτοκίνητα, εργαλειομηχανές CNC, ρομπότ, οικιακά πεδία και υπολογιστές.
05 Τεχνολογικές προκλήσεις και μελλοντικές τάσεις
Η τεχνολογία δακτυλίου ακτινοβολίας NdFeB αντιμετωπίζει πολλαπλές προκλήσεις, η πιο σημαντική είναι η πολύπλοκη τεχνολογία προετοιμασίας . Τα υλικά NdFeB είναι επιρρεπή σε θρυμματισμό κατά την προετοιμασία, τη μαγνήτιση και τη συναρμολόγηση, με αποτέλεσμα χαμηλές τιμές τελικού προϊόντος και γενικά υψηλότερες τιμές.
Οι περιορισμοί μεγέθους είναι επίσης ένα σημαντικό ζήτημα. Οι δακτύλιοι ακτινοβολίας θερμής πίεσης είναι ως επί το πλείστον μαγνητικοί δακτύλιοι λεπτού τοιχώματος, με διάμετρο κυρίως κάτω από 30 mm και πάχος τοιχώματος κάτω από 3 mm. Παρόλο που οι συντηγμένοι δακτύλιοι ακτινοβολίας μπορούν να κατασκευαστούν με εξωτερικές διαμέτρους άνω των 200 mm, στην αγορά περιορίζονται κυρίως σε μαγνητικούς δακτυλίους μικρής διαμέτρου με εξωτερικές διαμέτρους κάτω των 100 mm λόγω περιορισμών στην τιμή και το κόστος.
Ωστόσο, η Κίνα πλησιάζει σε αυτόν τον τομέα. Η έρευνα μιας συγκεκριμένης ομάδας σχετικά με το 'Ένα συστατικό δακτυλίου μόνιμου μαγνήτη και η μέθοδος προετοιμασίας του' έχει λάβει άδεια εθνικής ευρεσιτεχνίας για εφεύρεση.
Καθώς η διαδικασία των συντηγμένων μαγνητικών δακτυλίων ακτινοβολίας NdFeB συνεχίζει να βελτιστοποιείται και να βελτιώνεται, ιδιαίτερα με την περαιτέρω ανάπτυξη και βελτιστοποίηση των μεθόδων σχεδιασμού και προσανατολισμού μαγνητικού πεδίου προσανατολισμού, αυτή η τεχνολογία αναμένεται να επιτύχει μεγαλύτερες ανακαλύψεις τα επόμενα χρόνια.
Τα προϊόντα δακτυλίου ακτινοβολίας SDM έχουν χρησιμοποιηθεί ευρέως σε κινητήρες μόνιμου μαγνήτη υψηλής απόδοσης, αισθητήρες ακριβείας και άλλα πεδία με υψηλές απαιτήσεις για σταθερότητα μαγνητικού πεδίου.
