Anello di radiazione NdFeB: una nuova generazione di tecnologia di base che guida la trasformazione della progettazione di circuiti magnetici
Nell'officina di produzione di servomotori di fascia alta, gli ingegneri regolano attentamente gli angoli di giunzione delle piastrelle magnetiche, tentando di eliminare le deboli distorsioni del campo magnetico, un problema che affligge il settore da decenni. Oggi questa sfida viene tranquillamente risolta da un anello senza giunture.
Gli anelli magnetici sinterizzati NdFeB orientati radialmente stanno gradualmente sostituendo le tradizionali soluzioni di giunzione di piastrelle magnetiche segmentate. Questo anello magnetico integrato supera gli inconvenienti della tradizionale giunzione a blocchi a forma di piastrella, come la perdita magnetica e la difficoltà di assemblaggio.
A differenza dei tradizionali anelli magnetici giuntati, che richiedono una struttura del telaio in materiale magnetico morbido per fissare le piastrelle magnetiche, gli anelli magnetici a radiazione sono un tipo di magnete permanente a forma di anello appositamente orientato con una distribuzione del campo magnetico più uniforme, migliorando efficacemente il grado sinusoidale del campo magnetico del traferro del motore.
01 Contesto dell'aggiornamento tecnologico
I tradizionali motori brushless a magneti permanenti utilizzano principalmente la giunzione di piastrelle magnetiche per formare un circuito magnetico a forma di anello, ma questo design presenta evidenti difetti. La soluzione di giunzione delle piastrelle magnetiche richiede una struttura del telaio in materiale magnetico morbido per fissare le piastrelle, determinando una significativa perdita di flusso magnetico e influenzando notevolmente il fattore di potenza e l'efficienza del motore.
Ancora più importante, gli anelli magnetici giuntati soffrono di requisiti di elevata precisione di lavorazione, assemblaggio difficile, scarsa uniformità delle transizioni dei poli magnetici e forte rumore del motore. Con il rapido sviluppo dell’intelligenza artificiale e delle tecnologie di automazione, la domanda del mercato di motori miniaturizzati, leggeri ed efficienti continua ad espandersi, rendendo la tradizionale tecnologia di giunzione delle piastrelle magnetiche sempre più inadeguata a soddisfare gli attuali requisiti tecnici.
Questa difficile situazione tecnologica ha stimolato la ricerca e l’applicazione di una nuova generazione di soluzioni a magneti permanenti: gli anelli magnetici a radiazione NdFeB. Rispetto alle tradizionali piastrelle magnetiche, gli anelli di radiazione sono emersi come il componente materiale chiave preferito per la produzione di motori e sensori a magneti permanenti piccoli e ad alte prestazioni.
02 Confronto tra tecnologie principali: anello di radiazione e piastrelle magnetiche segmentate
Gli anelli di radiazione e le tradizionali piastrelle magnetiche segmentate differiscono in modo significativo su più dimensioni. In termini di integrità strutturale , gli anelli magnetici di radiazione sono formati integralmente, mentre le piastrelle magnetiche segmentate sono assemblate da più blocchi magnetici indipendenti.
In termini di uniformità del campo magnetico , gli anelli magnetici di radiazione hanno una distribuzione continua del campo magnetico con una forma d'onda sinusoidale e piccole zone di transizione tra i poli magnetici, mentre le piastrelle magnetiche segmentate mostrano evidenti distorsioni del campo magnetico e aree di debolezza locale.
Anche la complessità dell'assemblaggio è una considerazione importante. Il processo di assemblaggio degli anelli di radiazione è semplificato, eliminando più di dieci passaggi come il taglio, il posizionamento e l'incollaggio delle piastrelle magnetiche. Al contrario, le piastrelle magnetiche segmentate richiedono processi di assemblaggio complessi e molteplici fasi di lavorazione.
Dal punto di vista della resistenza strutturale , gli anelli di radiazione sono sinterizzati nel loro insieme, eliminando i punti deboli della connessione fisica derivanti dalla giunzione o dall'incollaggio, e mostrano un'eccellente resistenza agli urti e alle vibrazioni. In confronto, le piastrelle magnetiche segmentate presentano punti deboli nella connessione fisica.
In termini di rapporto costo-efficacia , sebbene gli anelli di radiazione abbiano costi di produzione iniziali più elevati, offrono vantaggi significativi in termini di costi del ciclo di vita. Le piastrelle magnetiche segmentate, d’altra parte, soffrono di svantaggi in termini di costi a lungo termine a causa di processi complessi e limitazioni delle prestazioni.
Inoltre, in termini di prestazioni del motore , gli anelli di radiazione migliorano significativamente il grado sinusoidale del campo magnetico del traferro del motore, riducendo il rumore e le vibrazioni di funzionamento. Le piastrelle magnetiche segmentate, tuttavia, causano un funzionamento instabile del motore e un rumore più elevato a causa delle distorsioni del campo magnetico e degli spazi tra le piastrelle.
03 Classificazione tecnica e processi produttivi
Gli anelli magnetici per radiazioni NdFeB possono essere classificati in diversi tipi in base ai metodi di produzione: anelli magnetici per radiazioni NdFeB incollati, anelli magnetici per radiazioni NdFeB estrusi a caldo e anelli magnetici per radiazioni NdFeB sinterizzati con metallurgia delle polveri.
Il processo di incollaggio è relativamente maturo ed economico, quindi gli anelli di radiazione NdFeB incollati rappresentano la quota di produzione maggiore. Tuttavia, gli anelli magnetici incollati hanno densità e prestazioni inferiori, limitando il loro sviluppo in scenari applicativi di fascia alta.
Al contrario, gli anelli magnetici con radiazione NdFeB sinterizzati e pressati a caldo/deformati a caldo ad alte prestazioni offrono prestazioni magnetiche più elevate ma affrontano maggiori sfide tecniche. A causa delle differenze significative nei rapporti di restringimento e nei coefficienti di espansione termica tra le direzioni dell'asse di magnetizzazione facile e dell'asse di magnetizzazione dura dei grani di NdFeB, questi anelli magnetici sono soggetti a frammentazione durante la preparazione, la magnetizzazione e l'assemblaggio, con conseguenti tariffe basse del prodotto finito e prezzi generalmente più elevati.
04 Applicazioni multidominio
Gli anelli magnetici con radiazione NdFeB hanno dimostrato ampie prospettive di applicazione in molteplici campi di fascia alta. Nel campo dell'automazione industriale , gli anelli di radiazione sono particolarmente adatti per motori di controllo ad alta velocità e alta precisione, come servomotori e robot industriali.
Gli anelli magnetici multipolari a radiazione sviluppati a livello nazionale hanno superato i test pilota e sono stati applicati con successo ai progetti di servomotori delle imprese a valle, rompendo la dipendenza a lungo termine dai servomotori importati in Cina. Secondo i test, i motori che utilizzano tali anelli magnetici mostrano un aumento di potenza di almeno il 10% rispetto alle tradizionali soluzioni con piastrelle magnetiche.
Nel campo della tecnologia dei sensori , anche gli anelli magnetici NdFeB svolgono un ruolo importante. I ricercatori dell’Istituto di scienze fisiche di Hefei, Accademia cinese delle scienze, hanno sviluppato un sensore di spettroscopia di rotazione di Faraday basato su un array di anelli di magneti permanenti NdFeB per rilevare gas come l’ossido nitrico e il biossido di azoto.
Questo sensore utilizza 14 anelli magnetici permanenti NdFeB identici disposti in forma non equidistante per generare un campo magnetico statico stabile, con un'intensità media del campo magnetico che raggiunge 346 Gauss. Rispetto alle tradizionali soluzioni con bobina elettromagnetica, ciò riduce significativamente il consumo energetico.
Nei settori automobilistico e delle apparecchiature di fascia alta , con il progresso dell'automazione delle apparecchiature, della precisione e delle tecnologie di progettazione e produzione di motori a magneti permanenti, i servomotori a magneti permanenti ad alte prestazioni che utilizzano anelli magnetici a radiazione multipolare NdFeB sinterizzati hanno ampie prospettive di applicazione in automobili, macchine utensili CNC, elettrodomestici, computer, robot e altri campi.
05 Sfide tecnologiche e tendenze future
La tecnologia dell'anello di radiazione NdFeB deve affrontare molteplici sfide, la più importante delle quali è la complessa tecnologia di preparazione . I materiali NdFeB sono soggetti alla frammentazione durante la preparazione, la magnetizzazione e l'assemblaggio, con conseguenti tariffe di prodotto finito basse e prezzi generalmente più elevati.
Anche i limiti di dimensione sono un problema significativo. Gli anelli di radiazione pressati a caldo sono per lo più anelli magnetici a pareti sottili, con diametri per lo più inferiori a 30 mm e spessori di parete inferiori a 3 mm. Sebbene gli anelli di radiazione sinterizzati possano essere prodotti con diametri esterni superiori a 200 mm, sul mercato sono per lo più limitati ad anelli magnetici di piccolo diametro con diametri esterni inferiori a 100 mm a causa di vincoli di tariffa e costi qualificati.
Tuttavia, la Cina sta recuperando terreno in questo campo. La ricerca di un certo team su 'Un componente dell'anello magnetico permanente e il suo metodo di preparazione' ha ottenuto l'autorizzazione al brevetto di invenzione nazionale.
Poiché il processo degli anelli magnetici a radiazione NdFeB sinterizzati continua a essere ottimizzato e migliorato, in particolare con l'ulteriore sviluppo e ottimizzazione della progettazione del campo magnetico di orientamento e dei metodi di orientamento, si prevede che questa tecnologia raggiungerà maggiori progressi nei prossimi anni.
I prodotti ad anello di radiazione SDM sono stati ampiamente utilizzati in motori a magneti permanenti ad alte prestazioni, sensori di precisione e altri campi con elevati requisiti di stabilità del campo magnetico.
