अक्षीय-फ्लक्स रोटर चुंबक विचुंबकीकरण तापमान चयन: तापमान चयन का पहला विषय है

चुंबक चयन में सबसे आम गलती अक्षीय-फ्लक्स मोटर्स को ग्रेड तालिका से शुरू करना है: पहले अवशेष को देखें, फिर अधिकतम ऑपरेटिंग तापमान को देखें, और एक ग्रेड चुनें जो बीओएम में डालने के लिए 'काफ़ी अच्छा' हो। लेकिन अक्षीय-प्रवाह संरचना में, यह क्रम बिल्कुल उलटा होता है। रोटर चुंबक का तापमान चुंबक द्वारा स्वयं निर्धारित नहीं होता है; यह टोपोलॉजी, शीतलन और परिचालन स्थितियों द्वारा चुंबक पर लगाया जाता है। चयन का वास्तविक प्रारंभिक बिंदु स्पष्ट रूप से पूछना है:  सबसे खराब स्थिति में जिसमें शॉर्ट सर्किट, ओवरलोड और हॉट स्पॉट सुपरइम्पोज़ हो जाते हैं, चुंबक कितना गर्म हो जाएगा, और क्या यह अभी भी उस तापमान पर रिवर्स चुंबकीय क्षेत्र का सामना कर सकता है?

अक्षीय फ्लक्स का विचुंबकीकरण जोखिम संरचना में ''लिखा हुआ'' है

एक्सियल-फ्लक्स मोटर्स का विक्रय बिंदु स्पष्ट है: रेडियल मोटर्स की तुलना में समान शक्ति, वजन और अक्षीय लंबाई को आधा किया जा सकता है। लेकिन यह सघनता थर्मल लागत पर आती है।

डबल-स्टेटर सिंगल-रोटर टोपोलॉजी में, रोटर दो स्टेटर के बीच सैंडविच होता है, इसलिए रोटर और हवा के बीच सीधा संपर्क क्षेत्र बहुत कम हो जाता है, और गर्मी अपव्यय पथ स्वाभाविक रूप से संकीर्ण होता है। साथ ही, चुम्बक स्वयं वैकल्पिक चुंबकीय क्षेत्र में एड़ी-वर्तमान हानि उत्पन्न करते हैं, और यह गर्मी सीधे स्थायी चुम्बकों के अंदर जारी की जाती है। रोटर के सेल्फ-हीटिंग पर लगाए गए स्टेटर से निकलने वाला थर्मल विकिरण चुंबक के तापमान को निरंतर उच्च-शक्ति स्थितियों के तहत खतरनाक सीमा तक पहुंचना या यहां तक ​​​​कि पार करना आसान बनाता है। उद्योग विश्लेषण में एक आवर्ती निर्णय यह है कि सैंडविच संरचना और अक्षीय-फ्लक्स मोटर्स की उच्च शक्ति घनत्व बेहद कम तापीय क्षमता का कारण बनती है, जिससे रोटर मैग्नेट 'अत्यधिक गर्म होने का खतरा होता है।'

इसलिए, अक्षीय प्रवाह के लिए चुंबक चयन केवल रेडियल मोटर्स के अनुभव की नकल नहीं कर सकता है। रेडियल मोटर्स में अंतर्ज्ञान कि 'रोटर को शाफ्ट और सिरों पर हवा के माध्यम से ठंडा किया जाता है' मूल रूप से डिस्क-प्रकार टोपोलॉजी में विफल रहता है।

विचुंबकीकरण में वास्तव में क्या होता है: प्रतिवर्ती और अपरिवर्तनीय के बीच की सीमा

चयन को समझने के लिए, किसी को केवल दो तापमान अवधारणाओं को समझने की आवश्यकता है।

प्रतिवर्ती विचुंबकीकरण  एक चुंबक का सामान्य 'थर्मल क्षय' है। जैसे-जैसे तापमान बढ़ता है, अवशेष रैखिक रूप से कम हो जाता है, और ठंडा होने के बाद यह स्थायी क्षति के बिना ठीक हो जाता है। NdFeB मुख्य रूप से 120°C से नीचे की इस रेंज में काम करता है। समस्या 120 डिग्री सेल्सियस से ऊपर दिखाई देती है: प्रतिवर्ती क्षय की ढलान अधिक महत्वपूर्ण हो जाती है, और अधिक गंभीर रूप से,  अपरिवर्तनीय विचुंबकीकरण की सीमा करीब आ जाती है.

अपरिवर्तनीय विचुंबकीकरण के लिए भौतिक मानदंड  घुटने का बिंदु है । विचुंबकीकरण वक्र का दूसरे चतुर्थांश में एक विभक्ति बिंदु होता है। घुटने के बिंदु के ऊपर ऑपरेटिंग बिंदु सुरक्षित हैं; एक बार जब बाहरी रिवर्स चुंबकीय क्षेत्र घुटने के बिंदु के नीचे ऑपरेटिंग बिंदु को धक्का देता है, तो बाहरी क्षेत्र हटा दिए जाने के बाद चुंबक वापस नहीं लौट सकता है, और अवशेष को स्थायी नुकसान होता है। बढ़ते तापमान का परिणाम दो गुना होता है: अवशेष कम हो जाता है, और साथ ही  घुटने का बिंदु दाईं ओर (निचले चुंबकीय क्षेत्र की ओर) चला जाता है , जिसका अर्थ है कि उच्च तापमान पर समान रिवर्स चुंबकीय क्षेत्र घुटने के बिंदु को पार करने की अधिक संभावना है। एनडीएफईबी के लिए, इंजीनियरिंग अभ्यास आम तौर पर  लगभग 150 डिग्री सेल्सियस को अपरिवर्तनीय विचुंबकीकरण के लिए महत्वपूर्ण क्षेत्र मानता है ; इस स्तर से ऊपर, चुंबकीय प्रदर्शन के पूर्ण नुकसान का जोखिम अब नगण्य छोटी-संभावना वाली घटना नहीं रह गई है।

चुंबक ग्रेड का अक्षर प्रत्यय अनिवार्य रूप से  उस तापमान को निर्दिष्ट करता है जिस पर घुटने का बिंदु अभी भी दाईं ओर काफी दूर रह सकता है । सामान्य पत्राचार हैं: SH लगभग 150°C, UH से 180°C, EH से 200°C और AH से 220°C के अनुरूप है। लेकिन एक बिंदु है जिसे बहुत आसानी से गलत पढ़ा जा सकता है: प्रत्यय द्वारा दर्शाया गया तापमान  विशिष्ट पारगम्यता गुणांक अंशांकन स्थितियों के तहत सामग्री का तापमान प्रतिरोध है , न कि 'अधिकतम ऑपरेटिंग तापमान' जो चुंबक मोटर में स्थापित होने के बाद स्वचालित रूप से प्राप्त करता है। एक ही यूएच चुंबक अच्छी तरह से ठंडा प्रोटोटाइप में 130 डिग्री सेल्सियस पर लगातार चल सकता है, लेकिन अपर्याप्त सैंडविच कूलिंग के साथ बड़े पैमाने पर उत्पादन वाले हिस्से में, गर्म स्थान सीधे 170 डिग्री सेल्सियस से ऊपर बढ़ सकता है।

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जब एनडीएफईबी का तापमान मार्जिन वास्तव में अपर्याप्त है, तो एसएमसीओ इंजीनियरिंग में एक अपरिहार्य विकल्प है। एसएमसीओ में तापमान प्रतिरोध काफी अधिक है; कई ग्रेडों का उपयोग पर अनुप्रयोगों में किया जा सकता है  350°C स्तर  , और क्यूरी तापमान भी 700-850°C रेंज में है, जो NdFeB के 310-350°C से कहीं अधिक है। उच्च तापमान वाले क्षेत्र में, तापमान के साथ एसएमसीओ के अपरिवर्तनीय विचुंबकीकरण वक्र का ढलान भी एनडीएफईबी की तुलना में बहुत अधिक सपाट है।

लेकिन साथ ही एसएमसीओ की लागत को भी मेज पर रखा जाना चाहिए। इसका विशिष्ट अवशेष  0.95-1.1 टी  रेंज में है, जबकि एनडीएफईबी 1.1-1.4 टी तक पहुंच सकता है; अधिकतम ऊर्जा उत्पाद आमतौर पर  25%-30% कम है।  एनडीएफईबी की तुलना में इसका मतलब यह है कि समान एयर-गैप फ्लक्स घनत्व प्राप्त करने के लिए, एसएमसीओ मैग्नेट को मोटा और भारी होना चाहिए, जो बदले में अक्षीय-फ्लक्स मशीनों के पहले से ही तंग अक्षीय स्थान पर अतिक्रमण करता है और यहां तक ​​कि रोटर जड़ता और एड़ी-वर्तमान घाटे को भी बढ़ा सकता है। एसएमसीओ भी अधिक महंगा है, और इसकी आपूर्ति श्रृंखला परिपक्वता और वितरण लचीलापन एनडीएफईबी जितना अच्छा नहीं है। इसलिए, जब तक कि थर्मल जांच स्पष्ट रूप से इंगित नहीं करती है कि ''ईएच/एएच में अपग्रेड किए गए एनडीएफईबी भी धारण नहीं कर सकते हैं,''  तापमान मार्जिन को ''खरीदने'' के लिए एसएमसीओ का उपयोग करना अक्सर वजन, लागत और बिजली घनत्व में तीन गुना अधिक भुगतान किया जाने वाला लेनदेन है।.

चयन का सही क्रम: चुंबक तापमान से ग्रेड का अनुमान लगाएं

अक्षीय प्रवाह के लिए क्रियाशील तापमान-आधारित चुंबक चयन प्रक्रिया को ग्रेड तालिका से शुरू करने के बजाय नीचे दिए गए क्रम का पालन करना चाहिए।

चरण 1: पहले कूलिंग को परिभाषित करें, फिर ग्रेड पर चर्चा करें।  अक्षीय-फ्लक्स मशीन की रोटर शीतलन विधि सीधे चुंबक तापमान के 'तल' को निर्धारित करती है। वायु शीतलन सरल है और इसमें परजीवी नुकसान कम है, लेकिन वायु की तापीय चालकता और विशिष्ट ताप क्षमता सीमित है, और शीतलन क्षमता दृढ़ता से गति और पर्यावरण पर निर्भर है। अक्षीय प्रवाह में तेल ठंडा होने की अत्यधिक उम्मीद है; प्रयोगात्मक आंकड़ों से पता चलता है कि एक उचित तेल-शीतलन योजना शुद्ध पानी को ठंडा करने की तुलना में अधिकतम तापमान को  15-20 डिग्री सेल्सियस  तक कम कर सकती है, लेकिन तेल को ठंडा करने से 'गर्मी को दूर ले जाना' 'गर्मी को खत्म करने' के बराबर नहीं होता है। डिस्क-प्रकार की संरचना के किनारे और केंद्र के बीच तापमान का अंतर अभी भी  30-50 K तक पहुंच सकता है , और स्थानीय गर्म स्थान विचुंबकीकरण सत्यापन का उद्देश्य है। शीतलन योजना के स्थिर होने से पहले, किसी भी ग्रेड चयन में विश्वसनीय आधार का अभाव होता है।

चरण 2: तापमान जांच में शॉर्ट-सर्किट की स्थिति डालें।  सामान्य ऑपरेशन के तहत तापमान केवल आधार रेखा है। विचुंबकीकरण सत्यापन को नियंत्रक दोष या वाइंडिंग शॉर्ट सर्किट द्वारा उत्पन्न रिवर्स चुंबकीय क्षेत्र को कवर करना चाहिए, और यह जांच  उस उच्चतम तापमान पर की जानी चाहिए जिस पर चुंबक उस स्थिति में पहुंच सकता है । साहित्य में डिज़ाइन मानदंड सीधा है: न्यूनतम तापमान पर तीन-चरण शॉर्ट-सर्किट करंट के बाद अपरिवर्तनीय विचुंबकीकरण से बचने के लिए चुंबक की मोटाई का चयन किया जाना चाहिए। अधिक आम तौर पर, यह पुष्टि करना आवश्यक है कि ऑपरेटिंग बिंदु सबसे खराब तापमान और सबसे खराब डिमैग्नेटाइजिंग क्षेत्र के सुपरपोजिशन पर घुटने के बिंदु से नीचे नहीं आता है।

चरण 3: ग्रेड प्रत्यय की जांच करने के लिए 'वास्तविक चुंबक तापमान + शॉर्ट-सर्किट डिमैग्नेटाइजिंग फ़ील्ड' का उपयोग करें। यदि शीतलन योजना और विद्युत चुम्बकीय डिजाइन द्वारा दिया गया चुंबक हॉट-स्पॉट तापमान  के क्रम पर है  140-150 डिग्री सेल्सियस , और शॉर्ट-सर्किट डीमैग्नेटाइजिंग क्षेत्र गंभीर नहीं है, तो एसएच उम्मीदवार सूची में प्रवेश कर सकता है; एक बार जब हॉट स्पॉट  160 डिग्री सेल्सियस तक पहुंच जाता है या उससे अधिक हो जाता है , तो यूएच एक अधिक विश्वसनीय प्रारंभिक बिंदु होता है; जब हॉट स्पॉट  180 डिग्री सेल्सियस से ऊपर पहुंच जाता है , तो ईएच या इससे भी उच्च ग्रेड का गंभीरता से मूल्यांकन किया जाना चाहिए, या कूलिंग डिज़ाइन पर पुनर्विचार किया जाना चाहिए। यहां तर्क यह है:  प्रत्यय 'प्रदर्शन स्तर' नहीं है, बल्कि 'किसी दिए गए तापमान पर घुटने के बिंदु को संरक्षित करने के लिए क्षमता स्तर' है।  उच्च-प्रत्यय ग्रेड (यूएच/ईएच) की लागत आमतौर पर थोड़ा कम अवशेष या उच्च भारी-दुर्लभ-पृथ्वी जोड़ है; यह मुफ़्त बीमा नहीं है.

चरण 4: तापमान पर 'भार को हल्का' करने के लिए रोटर विभाजन और चुंबक ज्यामिति का उपयोग करें।  चुंबक चयन कोई अलग भौतिक निर्णय नहीं है। अक्षीय-फ्लक्स रोटर मैग्नेट का एड़ी-वर्तमान नुकसान सीधे चुंबक की सतह पर एड़ी-वर्तमान पथ की लंबाई और सतह क्षेत्र से संबंधित है, और स्थायी-चुंबक विभाजन एड़ी-वर्तमान नुकसान को कम करने और तापमान वृद्धि को दबाने का एक प्रभावी साधन है। जब ग्रेड पहले से ही निर्धारित किया गया है और तापमान मार्जिन तंग है, तो विभाजन अनुकूलन के माध्यम से चुंबक की अपनी गर्मी पीढ़ी को कम करना कभी-कभी ग्रेड प्रत्यय को एक स्तर तक बढ़ाने से अधिक किफायती होता है, और यह टोक़ घनत्व को संरक्षित करने के लिए भी अधिक अनुकूल होता है।

एक व्यावहारिक निर्णय पंक्ति

यदि डिज़ाइन समीक्षा में लाने के लिए इस आलेख को एक वाक्य में संपीड़ित किया जाना है, तो यह है:  अक्षीय-फ्लक्स रोटर चुंबक का ग्रेड 'चयनित' नहीं किया जाना चाहिए; इसकी 'गणना' की जानी चाहिए - पहले शीतलन और शॉर्ट-सर्किट स्थितियों का उपयोग करके गणना करें कि चुंबक किस तापमान तक पहुंचेगा, फिर घुटने के बिंदु को देखने के लिए उस तापमान का उपयोग करें, और अंत में प्रत्यय पर निर्णय लें।

एनडीएफईबी के लिए,  120 डिग्री सेल्सियस  अवलोकन बिंदु है जिस पर प्रतिवर्ती क्षय महत्वपूर्ण होना शुरू हो जाता है, और लगभग  150 डिग्री सेल्सियस  वह क्षेत्र है जहां अपरिवर्तनीय विचुंबकीकरण जोखिम उस स्तर में प्रवेश करता है जिसे गंभीरता से सत्यापित किया जाना चाहिए। ये दो संख्याएँ ग्रेड तालिका में 'अधिकतम ऑपरेटिंग तापमान' नहीं हैं; बल्कि, वे डिजाइनरों को याद दिलाते हैं कि अक्षीय प्रवाह की सैंडविच संरचना में, रेडियल मशीनों की तुलना में तापमान मार्जिन तेजी से गायब हो जाता है। तापमान को ग्रेड की वस्तु के बजाय चयन का विषय मानना ​​ही विचुंबकीकरण को एक भौतिक समस्या से प्रणालीगत विश्वसनीयता अंतराल में बदलने से रोकता है।