I. 'Ellujäämise test' suure kiirusega pöörlemise all
Magnetlevitatsioonimootoreid, mille eelisteks on kontaktivaba töö, kõrge kasutegur ja ülisuured pöörlemiskiirused, kasutatakse üha enam tipptasemel seadmetes, nagu tööstuslikud puhurid, kompressorid ja energiasalvestavad hoorattad. Kui aga pöörlemiskiirus jõuab kümnete tuhandete pööreteni minutis või isegi kõrgemale, tehakse rootori püsimagnetitele tõsine 'ellujäämiskatse'.
Kus on probleem?
Magnetlevitatsioonimootorites kasutatakse püsimagnetmaterjalina tavaliselt paagutatud NdFeB-d. Kuigi NdFeB pakub suurepäraseid magnetilisi omadusi – sealhulgas väga kõrget magnetilist energiaprodukti ja koertsitiivsust –, on sellel kriitiline nõrkus: selle survetugevus on palju suurem kui tõmbetugevus . Pulbermetallurgia teel toodetud paagutatud NdFeB tõmbetugevus ei ületa tavaliselt 80 MPa. Suurtel kiirustel tekitab tsentrifugaaljõud püsimagneti sees märkimisväärse tõmbepinge – töötingimustes 18 000 p/min võib tsentrifugaalpinge NdFeB-s ületada 160 MPa, mis on peaaegu kahekordne oma tugevuspiiri..
See on nagu rabedast materjalist köis: see peab tõrgeteta vastu survele, kuid puruneb pinge all kergesti. Kui mootor pöörleb suurel kiirusel, avaldavad püsimagnetid tõmbejõude, kui need 'paiskuvad väljapoole'. Kui piir on ületatud, siis magnetteras praguneb, puruneb või isegi põhjustab rootori lõhkemise.
II. Süsinikkiust ümbris: 'Tight Armor' magnetterase jaoks
Kuidas kaitsta habrasi püsimagneteid tsentrifugaaljõu mõjul pragunemise eest? Tänapäeva kõige tõhusam lahendus on lisada süsinikkiust ümbris . püsimagnetitele
Süsinikkiu tõmbetugevus on üle 5000 MPa, mis ületab tunduvalt NdFeB tugevuspiiri. Veelgi olulisem on see, et võrreldes traditsiooniliste metallhülssidega, nagu titaanisulam, on süsinikkiust hülssil kolm peamist eelist:
Kerge ja kõrge tugevus – süsinikkiu eritugevus (tugevuse ja tiheduse suhe) on palju kõrgem kui metallidel, seega võib õhem ja kergem materjal tagada piisava kaitsetugevuse.
Pöörisvoolukadu puudub – Süsinikkiud on halb juht, mistõttu see ei tekita kõrgsageduslikke pöörisvoolukadusid nagu metallist hülsid, vältides seega täiendavaid võimsuskadusid ja kütteprobleeme.
Madal soojuspaisumine – süsinikkiul on madal soojuspaisumistegur, mis tagab hea mõõtmete stabiilsuse kõrge temperatuuriga töötingimustes.
III. Pragunemisvastase võitluse põhisaladus: stressieelne
Kas süsinikkiust varruka lisamine tähendab, et kõik on lahendatud? Mitte päris.
Peamine punkt on see, et nii hülss kui ka püsimagnetid laienevad suurel kiirusel pöörleva tsentrifugaaljõu tõttu radiaalselt. Kui ümbris lihtsalt 'sobitada' magnetite peale, tekib nende vahele tühimik – kuna hülsi radiaalne deformatsioon on sageli suurem kui magnetitel. Kui tühimik tekib, kaotab hülss oma piirangu magnetitele ja magnetteras praguneb endiselt.
Lahenduseks on püsimagnetitele pideva 'eelpinge' rakendamine.
Luues hülsi ja magnetite vahele häiresobivuse (st hülsi siseläbimõõt on veidi väiksem kui magneti välisläbimõõt), toimib hülss nagu 'tihe ülikond', mis ümbritseb tihedalt magneteid, avaldades sissepoole radiaalset survepinget. Kui rootor pöörleb suurel kiirusel, neutraliseerib see eelpinge tõhusalt tsentrifugaaljõu põhjustatud tõmbepingeid.
Uuringud näitavad, et kui häired ulatuvad üle 0,10 mm, saab püsimagnetite maksimaalset tsentrifugaalpinget vähendada üle 160 MPa alla 70 MPa, mis on tunduvalt alla nende tugevuspiiri. Äärmuslikes tingimustes (nt 200 °C kõrge temperatuur pluss pöörlemiskiiruse ületamine) võib süsinikkiust hülsi rõnga pinge tõusta üle 1000 MPa, kuid süsinikkiust materjali tugevuspiiri 1400 MPa suhtes on siiski piisav ohutusvaru.
IV. Kuidas saavutada eelstress? Kaks protsessi marsruuti
Praegu on süsinikkiust hülsis eelpinge saavutamiseks kaks peamist meetodit:
1. marsruut: häirete komplekt
Süsinikkiust hülss valmistatakse eraldi ja monteeritakse seejärel termilise või külmliitmiga rootori külge. Näiteks rootori jahutamine temperatuurini –190 °C võimaldab hülsi peale libistada väga väikese aksiaaljõuga; alternatiivina võib kasutada kuni 25 kN survejõuga aksiaalset pressliitmiku meetodit.
Sellel meetodil on aga omad puudused: süsinikkiud on rabedad ja nõrga sitkusega, mistõttu see võib häirete kokkupanekul tekkida ja praguneda. Lisaks on monteerimisprotsess keeruline ja häirete kontrollimine keeruline.
Marsruut 2: kõrge pingega mähis (parem lahendus)
Süsinikkiud keritakse otse rootori pinnale ja mähkimisprotsessi ajal suurt pinget , pannes iga kiukihi tihedalt ümber püsimagneti pinna. rakendatakse kiuköisikutele
Selle meetodi peensus seisneb selles, et mähisprotsess ise on pingeeelne rakendusprotsess . Kiudude pinget reguleerides saab hülsile rakendada soovitud eelpingevälja, mis asendab traditsioonilise mehaanilise interferentsi meetodi.
V. SDM-i süsinikkiust kerimisprotsess
Magnetilise levitatsiooniga kiirete mootorirootorite valdkonnas on Hangzhou SDM Magnetics Co., Ltd. omandanud küpse süsinikkiust mähimisprotsessi . Selle tehnilised omadused kajastuvad peamiselt järgmistes aspektides:
Kõrgepingeline ringmähise tehnoloogia. SDM kasutab süsinikkiu otse ümbermõõtu rootori pinnale kerimise protsessi. Täpselt reguleerides süsinikkiust köisikutele kerimise ajal rakendatavat pinget, on kiukihid tihedalt püsimagnetite välispinnaga kooskõlas. See protsess tagab samaaegselt hülsi valmistamisel magnetitele vajaliku eelpingutusjõu, vältides pragunemisohtu ja monteerimisraskusi, mis on seotud traditsioonilise interferentsi kokkupanekuga.
Täpne pingegraafiku kontroll. SDM-i protsess kasutab paindlikult erinevaid pinge reguleerimise režiime vastavalt erinevatele töönõuetele. Erinevate pingejaotuse vajaduste rahuldamiseks – nagu 'lõdvam seest, tihedam väljast' või 'tihemalt seest, lõdvem väljast' - saavad nad valida pideva pinge, konstantse pöördemomendi või kitseneva pingega mähisrežiimid. Juhtides mähise pinget kihtide kaupa, saab kiukihtide jääkpinget jaotada ühtlaselt ideaalsesse olekusse.
Eelpingutusjõu kvantitatiivne kontroll. SDM on loonud täieliku tehnilise suletud ahela teoreetilisest arvutusest lõplike elementide simulatsioonini ja lõpuks eksperimentaalse kontrollini. Püsimagnetite kõrgepingelise keritud süsinikkiust hülsi tekitatud eelpingutusjõu puhul on katsetulemuste ja analüütiliste arvutuste vaheline keskmine viga 8,56% ja lõplik viga 7,88% – see täpsusaste tagab täielikult pingeeelse disaini usaldusväärsuse.
Integreeritud kogu protsessi võime. Alates süsinikkiust materjali valikust, konstruktsiooni disainist ja elektromagnetilisest disainist kuni vormimisprotsesside, seadmete valmistamise ning kontrollimise ja testimiseni on SDM-il täielik tehniline võimalus. Ettevõtte peakontor asub Hangzhous ja sellel on tööstusharu integreeritud paigutus, mis võimaldab pakkuda klientidele kogu ahelaga lahendust alates magnetitest kuni rootorisõlmedeni.
Just selle rafineeritud süsinikkiust mähisprotsessi abil saavad SDM-i magnetilise levitatsiooniga kiire mootori rootorid tõhusalt ära hoida magnetterase pragunemist kiirete tsentrifugaaltingimuste korral, tagades rootori ohutu, stabiilse ja usaldusväärse töö nõudlikes tingimustes – kümneid tuhandeid pööreid minutis.
