Axial-Flux Rotor Magnet Demagnetization Temperature Selection: Temperatura Ang Unang Paksa ng Pinili

Ang pinakakaraniwang pagkakamali sa pagpili ng magnet para sa axial-flux motors ay magsisimula mula sa grade table: tingnan muna ang remanence, pagkatapos ay sa maximum operating temperature, at pumili ng grade na 'sapat na mabuti' para ilagay sa BOM. Ngunit sa isang istraktura ng axial-flux, ang pagkakasunud-sunod na ito ay eksaktong baligtad. Ang temperatura ng rotor magnet ay hindi tinutukoy ng magnet mismo; ito ay ipinapataw sa magnet sa pamamagitan ng topology, ang paglamig, at ang mga kondisyon ng operating. Ang tunay na panimulang punto ng pagpili ay malinaw na magtanong:  sa ilalim ng pinakamasamang kaso kung saan ang short circuit, labis na karga, at mga hot spot ay nagpapatong, gaano kainit ang magnet, at maaari pa rin ba itong makatiis sa reverse magnetic field sa temperaturang iyon?

Ang Panganib sa Demagnetization ng Axial Flux ay 'Nakasulat sa' sa Structure

Ang punto ng pagbebenta ng axial-flux motors ay malinaw: sa parehong kapangyarihan, timbang at haba ng axial ay maaaring hatiin kumpara sa radial motors. Ngunit ang compactness na ito ay dumating sa isang thermal cost.

Sa isang double-stator single-rotor topology, ang rotor ay nakakabit sa pagitan ng dalawang stator, kaya ang direktang contact area sa pagitan ng rotor at ng hangin ay lubhang nabawasan, at ang heat-dissipation path ay likas na makitid. Kasabay nito, ang mga magnet mismo ay bumubuo ng mga eddy-current na pagkalugi sa alternating magnetic field, at ang init na ito ay direktang inilabas sa loob ng permanenteng mga magnet. Ang thermal radiation mula sa mga stator na nakapatong sa self-heating ng rotor ay ginagawang madali para sa temperatura ng magnet na lumapit o kahit na tumawid sa mapanganib na hangganan sa ilalim ng patuloy na mga kondisyon ng mataas na kapangyarihan. Ang paulit-ulit na paghuhusga sa mga pagsusuri sa industriya ay ang istraktura ng sandwich at ang mataas na densidad ng kapangyarihan ng axial-flux na mga motor ay humahantong sa napakababang kapasidad ng thermal, na ginagawang ang mga rotor magnet ay 'lubos na madaling mag-overheat.'

Samakatuwid, ang pagpili ng magnet para sa axial flux ay hindi maaaring kopyahin lamang ang karanasan ng radial motors. Ang intuwisyon sa radial motors na 'ang rotor ay pinalamig sa pamamagitan ng shaft at ang hangin sa mga dulo' ay karaniwang nabigo sa isang disc-type na topology.

Ano ang Tunay na Nangyayari sa Demagnetization: Ang Hangganan sa Pagitan ng Reversible at Irreversible

Upang maunawaan ang pagpili, kailangan lamang ng isa na maunawaan ang dalawang konsepto ng temperatura.

Ang reversible demagnetization  ay ang normal na 'thermal decay' ng isang magnet. Habang tumataas ang temperatura, ang remanence ay bumababa nang linear, at bumabawi ito pagkatapos ng paglamig, nang walang permanenteng pinsala. Pangunahing gumagana ang NdFeB sa saklaw na ito sa ibaba ng 120°C. Lumilitaw ang problema sa itaas ng 120°C: ang slope ng nababaligtad na pagkabulok ay nagiging mas makabuluhan, at mas kritikal,  ang hangganan ng hindi maibabalik na demagnetization ay itinutulak palapit.

Ang pisikal na pamantayan para sa hindi maibabalik na demagnetization ay ang  punto ng tuhod . Ang demagnetization curve ay may inflection point sa ikalawang quadrant. Ang mga operating point sa itaas ng tuhod ay ligtas; sa sandaling itinulak ng panlabas na reverse magnetic field ang operating point sa ibaba ng tuhod point, hindi na makakabalik ang magnet pagkatapos maalis ang panlabas na field, at ang remanence ay dumaranas ng permanenteng pagkawala. Ang kinahinatnan ng pagtaas ng temperatura ay dalawang beses: bumababa ang remanence, at kasabay nito  ay gumagalaw ang punto ng tuhod sa kanan (patungo sa mas mababang magnetic field) , ibig sabihin na ang parehong reverse magnetic field ay mas malamang na tumawid sa punto ng tuhod sa mataas na temperatura. Para sa NdFeB, karaniwang tinatrato ng kasanayan sa engineering  ang humigit-kumulang 150°C bilang kritikal na rehiyon para sa hindi maibabalik na demagnetization ; sa itaas ng antas na ito, ang panganib ng kumpletong pagkawala ng magnetic performance ay hindi na isang bale-wala na event na may maliit na posibilidad.

Ang titik na suffix ng isang magnet grade ay mahalagang tumutukoy  sa temperatura kung saan ang punto ng tuhod ay maaari pa ring manatiling sapat na malayo sa kanan . Ang mga karaniwang sulat ay: Ang SH ay tumutugma sa humigit-kumulang 150°C, UH hanggang 180°C, EH hanggang 200°C, at AH hanggang 220°C. Ngunit mayroong isang punto na napakadaling maling nabasa: ang temperatura na ipinahiwatig ng suffix ay ang temperatura na paglaban ng materyal sa ilalim ng mga  partikular na kondisyon ng pagkakalibrate ng koepisyent ng permeance , hindi ang 'maximum operating temperature' na awtomatikong nakukuha ng magnet pagkatapos mai-install sa motor. Ang parehong UH magnet ay maaaring patuloy na tumakbo sa 130°C sa isang well-cooled na prototype, ngunit sa isang mass-production na bahagi na may hindi sapat na paglamig ng sandwich, ang hot spot ay maaaring direktang tumaas nang higit sa 170°C.

Samarium Cobalt: Ang Fallback Option, ngunit Dapat Malinaw na Kalkulahin ang Gastos

Kapag ang margin ng temperatura ng NdFeB ay talagang hindi sapat, ang SmCo ay isang hindi maiiwasang alternatibo sa engineering. SmCo ay may makabuluhang mas mataas na temperatura pagtutol; maraming grado ang maaaring gamitin sa mga aplikasyon sa antas na  350°C  , at ang temperatura ng Curie ay nasa hanay din na 700–850°C, na mas mataas kaysa sa 310–350°C ng NdFeB. Sa rehiyong may mataas na temperatura, ang slope ng hindi maibabalik na demagnetization curve ng SmCo na may temperatura ay mas flat din kaysa sa NdFeB.

Ngunit ang halaga ng SmCo ay dapat ilagay sa mesa nang sabay. Ang karaniwang remanence nito ay nasa hanay na  0.95–1.1 T  , habang ang NdFeB ay maaaring umabot sa 1.1–1.4 T; ang maximum na produkto ng enerhiya ay karaniwang  25%–30%  na mas mababa kaysa sa NdFeB. Nangangahulugan ito na upang makamit ang parehong air-gap flux density, ang mga magnet ng SmCo ay kailangang maging mas makapal at mas mabigat, na kung saan ay nakakasagabal sa masikip na axial space ng mga axial-flux machine at maaari pang tumaas ang rotor inertia at eddy-current na pagkalugi. Mas mahal din ang SmCo, at ang maturity ng supply chain at flexibility ng paghahatid nito ay hindi kasing ganda ng sa NdFeB. Samakatuwid, maliban na lang kung malinaw na ipinapahiwatig ng thermal check na ang 'kahit ang NdFeB na na-upgrade sa EH/AH ay hindi makakahawak,'  ang paggamit ng SmCo para sa 'buy' na margin ng temperatura ay kadalasang isang transaksyong binabayaran nang tatlong beses sa timbang, gastos, at densidad ng kuryente.

Ang Tamang Pagkakasunod-sunod ng Pinili: Hinuha ang Grado Mula sa Temperatura ng Magnet

Ang isang naaaksyunan na proseso ng pagpili ng magnet na batay sa temperatura para sa axial flux ay dapat sumunod sa pagkakasunud-sunod sa ibaba, sa halip na magsimula sa talahanayan ng grado.

Hakbang 1: Tukuyin muna ang paglamig, pagkatapos ay talakayin ang grado.  Direktang tinutukoy ng rotor cooling method ng axial-flux machine ang 'floor' ng magnet temperature. Ang paglamig ng hangin ay simple at may mababang pagkawala ng parasitiko, ngunit ang thermal conductivity at tiyak na kapasidad ng init ng hangin ay limitado, at ang kakayahan sa paglamig ay lubos na nakadepende sa bilis at kapaligiran. Ang paglamig ng langis ay lubos na inaasahan sa axial flux; Ipinapakita ng eksperimental na data na ang isang makatwirang pamamaraan ng paglamig ng langis ay maaaring mabawasan ang maximum na temperatura ng  15–20°C  higit pa kaysa sa purong paglamig ng tubig, ngunit ang paglamig ng langis na 'nagpapaalis ng init' ay hindi katumbas ng 'nag-aalis ng init.' Ang pagkakaiba ng temperatura sa pagitan ng gilid at gitna ng isang disc-type na istraktura ay maaari pa ring umabot sa  30-50 K , at ang lokal na hot spot ay ang object ng pag-verify. Bago ma-freeze ang cooling scheme, walang maaasahang premise ang anumang pagpili ng grado.

Hakbang 2: Ilagay ang kondisyon ng short-circuit sa pagsuri ng temperatura.  Ang temperatura sa ilalim ng normal na operasyon ay ang baseline lamang. Dapat saklawin ng pag-verify ng demagnetization ang reverse magnetic field na nabuo ng controller fault o winding short circuit, at dapat gawin ang pagsusuring ito sa  pinakamataas na temperatura na maaaring maabot ng magnet sa ilalim ng kundisyong iyon . Ang criterion ng disenyo sa panitikan ay diretso: dapat piliin ang kapal ng magnet upang maiwasan ang hindi maibabalik na demagnetization pagkatapos ng tatlong-phase na short-circuit na kasalukuyang sa pinakamababang temperatura. Sa pangkalahatan, kinakailangan upang kumpirmahin na ang operating point ay hindi bumaba sa ibaba ng tuhod point sa superposition ng pinakamasamang temperatura at ang pinakamasamang demagnetizing field.

Hakbang 3: Gamitin ang 'aktwal na magnet temperature + short-circuit demagnetizing field' para tingnan ang grade suffix.  Kung ang magnet hot-spot na temperatura na ibinigay ng cooling scheme at electromagnetic na disenyo ay nasa ayos na  140–150°C , at ang short-circuit demagnetizing field ay hindi malubha, maaaring pumasok ang SH sa listahan ng kandidato; kapag ang hot spot ay lumalapit o lumampas sa  160°C , ang UH ay isang mas maaasahang panimulang punto; kapag ang hot spot ay umabot  sa itaas ng 180°C , ang EH o kahit na mas mataas na mga marka ay dapat na seryosong suriin, o ang paglamig na disenyo mismo ay dapat na muling isaalang-alang. Ang lohika dito ay:  ang suffix ay hindi isang 'antas ng pagganap,' ngunit isang 'antas ng kakayahan para sa pag-iingat sa punto ng tuhod sa isang partikular na temperatura.'  Ang halaga ng mga matataas na marka ng suffix (UH/EH) ay karaniwang bahagyang mas mababang remanence o isang mas mataas na heavy-rare-earth na karagdagan; hindi ito libreng insurance.

Hakbang 4: Gamitin ang rotor segmentation at magnet geometry upang ' pagaanin ang pagkarga' sa temperatura.  Ang pagpili ng magnet ay hindi isang nakahiwalay na desisyon sa materyal. Ang eddy-current loss ng axial-flux rotor magnets ay direktang nauugnay sa eddy-current path length at surface area sa magnet surface, at ang permanenteng-magnet segmentation ay isang epektibong paraan ng pagbabawas ng eddy-current loss at pagsugpo sa pagtaas ng temperatura. Kapag ang grado ay natukoy na at ang margin ng temperatura ay mahigpit, ang pagbabawas ng sariling init ng magnet sa pamamagitan ng segmentation optimization ay minsan ay mas matipid kaysa sa simpleng pagtaas ng grade suffix ng isang antas, at ito ay mas nakakatulong din sa pagpapanatili ng torque density.

Isang Praktikal na Linya ng Paghuhukom

Kung ang artikulong ito ay i-compress sa isang pangungusap upang dalhin sa isang pagsusuri sa disenyo, ito ay:  ang grado ng isang axial-flux rotor magnet ay hindi dapat 'piliin'; dapat itong 'kalkulahin'—gamitin muna ang mga kondisyon ng paglamig at short-circuit upang kalkulahin kung anong temperatura ang maaabot ng magnet, pagkatapos ay gamitin ang temperaturang iyon upang tingnan ang punto ng tuhod, at sa wakas ay tumira sa suffix.

Para sa NdFeB,  120°C  ang punto ng pagmamasid kung saan nagsisimulang maging makabuluhan ang nababaligtad na pagkabulok, at sa paligid ng  150°C  ang rehiyon kung saan pumapasok ang hindi maibabalik na panganib ng demagnetization sa antas na dapat seryosong ma-verify. Ang dalawang numerong ito ay hindi ang 'maximum operating temperature' sa grade table; sa halip, pinapaalalahanan nila ang mga designer na sa istraktura ng sandwich ng axial flux, ang margin ng temperatura ay nawawala nang mas mabilis kaysa sa mga radial machine. Ang pagtrato sa temperatura bilang paksa ng pagpili sa halip na ang object ng grado ang nagpapanatili sa demagnetization mula sa paglipat mula sa isang materyal na problema tungo sa isang sistemang gap sa pagiging maaasahan.