I. Ang 'Survival Test' sa ilalim ng High-Speed Rotation
Ang mga magnetic levitation na motor, na may mga pakinabang ng contactless na operasyon, mataas na kahusayan, at napakataas na bilis ng pag-ikot, ay lalong ginagamit sa mga high-end na kagamitan tulad ng mga pang-industriyang blower, compressor, at mga flywheel sa pag-iimbak ng enerhiya. Gayunpaman, kapag ang bilis ng pag-ikot ay umabot sa libu-libong mga rebolusyon kada minuto o mas mataas pa, ang mga permanenteng magnet sa rotor ay sasailalim sa isang matinding 'survival test.'
Saan nakalagay ang problema?
Ang mga magnetic levitation motor ay karaniwang gumagamit ng sintered NdFeB bilang permanenteng magnet na materyal. Bagama't nag-aalok ang NdFeB ng mahuhusay na magnetic properties – kabilang ang napakataas na produkto ng magnetic energy at coercivity – mayroon itong kritikal na kahinaan: ang lakas ng compressive nito ay mas malaki kaysa sa lakas ng tensile nito . Ang sintered NdFeB, na ginawa sa pamamagitan ng powder metalurgy, ay karaniwang may tensile strength na hindi hihigit sa 80 MPa. Sa mataas na bilis, ang puwersa ng sentripugal ay bumubuo ng makabuluhang tensile stress sa loob ng permanenteng magnet - sa ilalim ng mga kondisyon ng pagpapatakbo na 18,000 rpm, ang centrifugal stress sa NdFeB ay maaaring lumampas sa 160 MPa, halos doble sa sarili nitong limitasyon sa lakas.
Ito ay tulad ng isang lubid na gawa sa isang malutong na materyal: ito ay lumalaban sa compression nang walang isyu, ngunit madaling masira sa ilalim ng pag-igting. Kapag ang motor ay umiikot sa mataas na bilis, ang mga permanenteng magnet ay sasailalim sa tensile forces habang sila ay 'itinapon palabas.' Kapag nalampasan na ang limitasyon, ang magnet na bakal ay pumutok, madudurog, o maging sanhi ng pagputok ng rotor.
II. Carbon Fiber Sleeve: Isang 'Tight Armor' para sa Magnet Steel
Paano natin mapoprotektahan ang marupok na permanenteng magnet mula sa pag-crack sa ilalim ng puwersang sentripugal? Ang pinaka-epektibong solusyon na magagamit ngayon ay magdagdag ng isang manggas ng carbon fiber sa ibabaw ng mga permanenteng magnet.
Ang carbon fiber ay may tensile strength na higit sa 5000 MPa, na higit sa limitasyon ng lakas ng NdFeB. Higit sa lahat, kumpara sa tradisyonal na mga manggas ng metal tulad ng titanium alloy, ang manggas ng carbon fiber ay nag-aalok ng tatlong pangunahing bentahe:
Magaan at mataas na lakas – Ang partikular na lakas (strength-to-density ratio) ng carbon fiber ay mas mataas kaysa sa mga metal, kaya ang mas manipis at mas magaan na materyal ay makakapagbigay ng sapat na lakas ng proteksyon.
Walang eddy current loss – Ang carbon fiber ay isang mahinang conductor, kaya hindi ito nagdudulot ng high-frequency na eddy current na pagkalugi tulad ng mga metal sleeves, kaya iniiwasan ang karagdagang pagkawala ng kuryente at mga isyu sa pag-init.
Mababang thermal expansion - Ang carbon fiber ay may mababang koepisyent ng thermal expansion, na tinitiyak ang mahusay na dimensional na katatagan sa ilalim ng mataas na temperatura na mga kondisyon ng operating.
III. Ang Pangunahing Lihim sa Anti-Cracking: Pre stress
Ang pagdaragdag ba ng manggas ng carbon fiber ay nangangahulugang lutasin na ang lahat? Hindi lubos.
Ang pangunahing punto ay ang parehong manggas at ang mga permanenteng magnet ay sumasailalim sa radial expansion dahil sa centrifugal force sa panahon ng high speed rotation. Kung ang manggas ay simpleng 'nakakabit' sa ibabaw ng mga magnet, lilitaw ang isang puwang sa pagitan ng mga ito - dahil ang radial deformation ng manggas ay kadalasang mas malaki kaysa sa mga magnet. Sa sandaling mabuo ang isang puwang, ang manggas ay mawawala ang paghihigpit nito sa mga magnet, at ang magnet na bakal ay mabibitak pa rin.
Ang solusyon ay maglapat ng tuluy-tuloy na 'pre stress' sa mga permanenteng magnet.
Sa pamamagitan ng paggawa ng interference fit sa pagitan ng manggas at ng mga magnet (ibig sabihin, ang panloob na diameter ng manggas ay bahagyang mas maliit kaysa sa panlabas na diameter ng mga magnet), ang manggas ay kumikilos tulad ng isang 'tight suit' na mahigpit na bumabalot sa paligid ng mga magnet, na naglalagay ng papasok na radial compressive stress. Kapag ang rotor ay umiikot sa mataas na bilis, ang prestress na ito ay epektibong kinokontra ang tensile stress na dulot ng centrifugal force..
Ipinapakita ng pananaliksik na kapag ang interference ay umabot sa higit sa 0.10 mm, ang maximum na centrifugal stress sa mga permanenteng magnet ay maaaring mabawasan mula sa higit sa 160 MPa hanggang sa ibaba ng 70 MPa, na mas mababa sa kanilang limitasyon sa lakas. Sa ilalim ng matinding kundisyon (hal., 200 °C na mataas na temperatura at sobrang bilis ng pag-ikot), kahit na ang hoop stress sa carbon fiber sleeve ay maaaring tumaas nang higit sa 1000 MPa, mayroon pa ring sapat na safety margin na may kaugnayan sa limitasyon ng lakas ng materyal na carbon fiber na 1400 MPa.
IV. Paano Makamit ang Pre-stress? Dalawang Ruta ng Proseso
Sa kasalukuyan, mayroong dalawang pangunahing paraan upang makamit ang pre-stress sa isang manggas ng carbon fiber:
Ruta 1: Interference Assembly
Ang manggas ng carbon fiber ay ginawa nang hiwalay at pagkatapos ay pinagsama sa rotor sa pamamagitan ng thermal o cold fitting. Halimbawa, ang paglamig sa rotor sa –190 °C ay nagbibigay-daan sa manggas na ma-slid sa napakakaunting axial force; Bilang kahalili, maaaring gumamit ng axial press fitting method na may lakas ng pagpindot na hanggang 25 kN.
Gayunpaman, ang pamamaraang ito ay may mga disbentaha: ang carbon fiber ay malutong at may mahinang katigasan, na ginagawa itong madaling kapitan ng pinsala at mga bitak sa panahon ng interference assembly. Bukod dito, ang proseso ng pagpupulong ay kumplikado at ang kontrol ng pagkagambala ay mahirap.
Ruta 2: High-Tension Winding (ang mas magandang solusyon)
Ang carbon fiber ay direktang sinusugat sa ibabaw ng rotor, at sa panahon ng proseso ng paikot-ikot, ang mataas na pag-igting ay inilalapat sa mga hibla ng hibla, na ginagawang ang bawat layer ng hibla ay mahigpit na bumabalot sa ibabaw ng permanenteng magnet.
Ang kapitaganan ng pamamaraang ito ay ang paikot-ikot na proseso mismo ay ang proseso ng aplikasyon bago ang stress . Sa pamamagitan ng pagkontrol sa pag-igting ng hibla, ang nais na patlang ng prestress ay maaaring ipataw sa manggas, na pinapalitan ang tradisyonal na paraan ng pagkagambala sa makina.
V. Proseso ng Carbon Fiber Winding ng SDM
Sa larangan ng magnetic levitation high-speed motor rotors, ang Hangzhou SDM Magnetics Co., Ltd. ay pinagkadalubhasaan ang isang mature na carbon fiber winding process . Ang mga teknikal na tampok nito ay pangunahing makikita sa mga sumusunod na aspeto:
High-tension circumferential winding technology. Ginagamit ng SDM ang ruta ng proseso ng direktang paikot-ikot na carbon fiber sa ibabaw ng rotor. Sa pamamagitan ng tumpak na pagkontrol sa pag-igting na inilapat sa mga hibla ng carbon fiber sa panahon ng paikot-ikot, ang mga layer ng hibla ay mahigpit na naaayon sa panlabas na ibabaw ng mga permanenteng magnet. Ang prosesong ito ay sabay-sabay na nagbibigay ng kinakailangang pre-tightening force sa mga magnet habang ginagawa ang manggas, pag-iwas sa mga panganib sa pag-crack at paghihirap sa pagpupulong na nauugnay sa tradisyonal na interference assembly.
Tumpak na kontrol sa iskedyul ng pag-igting. Ang proseso ng SDM ay flexible na gumagamit ng iba't ibang mga tension control mode ayon sa iba't ibang mga kinakailangan sa pagpapatakbo. Para matugunan ang iba't ibang pangangailangan sa pamamahagi ng stress – gaya ng 'mas maluwag sa loob, mas mahigpit sa labas' o 'mas mahigpit sa loob, mas maluwag sa labas' – maaari silang pumili ng pare-parehong pag-igting, pare-parehong torque, o tapered tension winding mode. Sa pamamagitan ng pagkontrol sa paikot-ikot na patong ng pag-igting sa pamamagitan ng patong, ang natitirang stress sa mga patong ng hibla ay maaaring gawing pantay na ipinamahagi sa isang perpektong estado.
Dami ng pagpapatunay ng pre-tightening force. Ang SDM ay nagtatag ng isang kumpletong teknikal na closed loop, mula sa teoretikal na pagkalkula hanggang sa simulation ng finite element, at sa wakas hanggang sa pang-eksperimentong pag-verify. Para sa pre-tightening force na nabuo ng high-tension wound carbon fiber sleeve sa mga permanenteng magnet, ang average na error sa pagitan ng mga resulta ng eksperimental na pagsubok at analytical calculations ay 8.56%, at ang average na error na nauugnay sa finite element simulation ay 7.88% - ang antas ng katumpakan na ito ay ganap na ginagarantiyahan ang pagiging maaasahan ng pre-stress na disenyo.
Pinagsamang kakayahan sa buong proseso. Mula sa pagpili ng materyal na carbon fiber, structural na disenyo, at electromagnetic na disenyo hanggang sa paghubog ng mga proseso ng pagpupulong, paggawa ng kagamitan, at inspeksyon at pagsubok, ang SDM ay nagtataglay ng kumpletong teknikal na kakayahan. Ang kumpanya ay headquartered sa Hangzhou at may isang industriya trade integrated layout, nagbibigay-daan ito upang magbigay sa mga customer ng isang full-chain na solusyon mula sa magnets sa rotor assemblies.
Eksakto sa prosesong ito ng pinong carbon fiber winding na ang magnetic levitation high-speed motor rotors ng SDM ay epektibong makakapigil sa pag-crack ng magnet steel sa ilalim ng high-speed centrifugal na mga kondisyon, na tinitiyak ang ligtas, matatag, at maaasahang operasyon ng rotor sa ilalim ng hinihingi na mga kondisyon ng sampu-sampung libong rebolusyon kada minuto.
