Осьтік ағынды ротор магнитін магнитсіздандыру Температураны таңдау: температура таңдаудың бірінші тақырыбы

Магнит таңдаудағы ең көп тараған қателік осьтік ағынды қозғалтқыштарды сынып кестесінен бастау керек: алдымен реманенттілікке, содан кейін максималды жұмыс температурасына қараңыз және БОМ-ға қою үшін 'жеткілікті жақсы' сортты таңдаңыз. Бірақ осьтік-ағындық құрылымда бұл тәртіп толығымен кері болады. Ротор магнитінің температурасы магниттің өзімен анықталмайды; ол магнитке топология, салқындату және жұмыс жағдайлары арқылы жүктеледі. Таңдаудың нақты бастапқы нүктесі нақты сұрақ қою болып табылады:  қысқа тұйықталу, шамадан тыс жүктеме және ыстық нүктелер қабаттасатын ең нашар жағдайда магнит қаншалықты қызады және ол сол температурада кері магнит өрісіне төтеп бере ала ма?

Осьтік ағынның магнитсіздену қаупі құрылымға 'жазылған'

Осьтік ағынды қозғалтқыштарды сату нүктесі анық: радиалды қозғалтқыштармен салыстырғанда бірдей қуатта, салмақ пен осьтік ұзындықты екі есе азайтуға болады. Бірақ бұл жинақылық термиялық шығынмен келеді.

Екі статорлы бір роторлы топологияда ротор екі статор арасында қыстырылған, сондықтан ротор мен ауа арасындағы тікелей байланыс аймағы айтарлықтай азаяды, ал жылуды тарату жолы табиғатта тар. Сонымен бірге магниттердің өзі айнымалы магнит өрісінде құйынды ток шығындарын тудырады және бұл жылу тұрақты магниттердің ішінде тікелей шығарылады. Ротордың өзін-өзі жылытуына салынған статорлардан шығатын жылу сәулеленуі үздіксіз жоғары қуат жағдайында магнит температурасының қауіпті шекараға жақындауын немесе тіпті өтуін жеңілдетеді. Өнеркәсіптік талдаулардағы қайталанатын пікір: сэндвич құрылымы мен осьтік ағынды қозғалтқыштардың жоғары қуат тығыздығы өте төмен жылу сыйымдылығына әкеледі, бұл ротор магниттерін 'қызып кетуге өте бейім' етеді.

Сондықтан осьтік ағын үшін магнитті таңдау радиалды қозғалтқыштардың тәжірибесін жай көшіре алмайды. Радиалды қозғалтқыштардағы 'ротор білік және ұштарындағы ауа арқылы салқындатылады' интуициясы негізінен диск түріндегі топологияда сәтсіздікке ұшырайды.

Демагнетизацияда іс жүзінде не болады: қайтымды және қайтымсыз арасындағы шекара

Таңдауды түсіну үшін тек екі температура тұжырымдамасын түсіну керек.

Қайтымды демагнетизация  – магниттің қалыпты 'жылулық ыдырауы'. Температура көтерілген сайын реманенттілік сызықты түрде төмендейді және ол салқындағаннан кейін тұрақты зақымсыз қалпына келеді. NdFeB негізінен 120°C төмен температурада жұмыс істейді. Мәселе 120°C жоғарыда пайда болады: қайтымды ыдырау көлбеуі маңыздырақ болады, ал маңыздырақ,  қайтымсыз магнитсіздену шекарасы жақындайды..

Қайтымсыз демагнетизацияның физикалық критерийі  тізе нүктесі болып табылады . Магнитизация қисығының екінші квадрантта иілу нүктесі бар. Тізе нүктесінен жоғары жұмыс нүктелері қауіпсіз; сыртқы кері магнит өрісі жұмыс нүктесін тізе нүктесінен төмен итергенде, сыртқы өріс жойылғаннан кейін магнит қайтып оралмайды және реманент тұрақты жоғалады. Температураның көтерілуінің салдары екі жақты: реманенттілік азаяды және бір уақытта  тізе нүктесі оңға (төменгі магнит өрісіне қарай) жылжиды , яғни бірдей кері магнит өрісі жоғары температурада тізе нүктесінен өту ықтималдығы жоғары. NdFeB үшін инженерлік тәжірибе әдетте  150°C шамасында қайтымсыз магнитсіздену үшін маңызды аймақ ретінде қарастырады ; осы деңгейден жоғары болса, магниттік өнімділіктің толық жоғалу қаупі бұдан былай елеусіз шағын ықтималдық оқиғасы болып табылмайды.

Магнит дәрежесінің әріптік жұрнағы  тізе нүктесі әлі де оңға қарай жеткілікті қашықтықта қала алатын температураны көрсетеді . Жалпы сәйкестіктер: SH шамамен 150 ° C, UH - 180 ° C, EH - 200 ° C және AH - 220 ° C-қа сәйкес келеді. Бірақ өте оңай қате оқылатын тармақ бар: жұрнақпен көрсетілген температура  нақты өткізгіштік коэффициентін калибрлеу жағдайында материалдың температураға төзімділігі болып табылады. магнит қозғалтқышқа орнатылғаннан кейін автоматты түрде алатын 'максималды жұмыс температурасы' емес, Бірдей UH магниті жақсы салқындатылған прототипте 130 ° C температурада үздіксіз жұмыс істей алады, бірақ сэндвичпен салқындату жеткіліксіз сериялық өндіріс бөлігінде ыстық нүкте тікелей 170 ° C жоғары көтерілуі мүмкін.

Самариум кобальт: қалпына келтіру нұсқасы, бірақ құны анық есептелуі керек

NdFeB температуралық маржасы шынымен жеткіліксіз болған кезде, SmCo инженерияда сөзсіз балама болып табылады. SmCo айтарлықтай жоғары температураға төзімділікке ие; көптеген сорттарды деңгейіндегі қолданбаларда пайдалануға болады  350°C  және Кюри температурасы да 700–850°C диапазонында, 310–350°C NdFeB деңгейінен әлдеқайда жоғары. Жоғары температура аймағында SmCo-ның қайтымсыз магнитсіздену қисығының температурамен еңісі де NdFeB-ге қарағанда біршама тегіс.

Бірақ SmCo құны бір уақытта үстелге қойылуы керек. Оның әдеттегі ремененті  0,95–1,1 Т  диапазонында, ал NdFeB 1,1–1,4 Т жетуі мүмкін; максималды энергия өнімі әдетте  25%-30% төмен.  NdFeB деңгейінен Бұл ауа ағынының бірдей тығыздығына қол жеткізу үшін SmCo магниттері қалыңырақ және ауыр болуы керек дегенді білдіреді, бұл өз кезегінде осьтік ағынды машиналардың онсыз да тығыз осьтік кеңістігіне еніп, тіпті ротордың инерциясы мен құйынды ток шығындарын арттыруы мүмкін. SmCo да қымбатырақ және оның жеткізу тізбегінің жетілуі мен жеткізу икемділігі NdFeB сияқты жақсы емес. Сондықтан, термиялық тексеру 'тіпті EH/AH-ге жаңартылған NdFeB ұстай алмайтынын' анық көрсетпесе,  температура маржасын 'сатып алу' үшін SmCo пайдалану көбінесе салмағы, құны және қуат тығыздығы бойынша үш есе артық төленген транзакция болып табылады..

Таңдаудың дұрыс реті: Магнит температурасынан бағаны шығарыңыз

Осьтік ағын үшін әрекет ететін температураға негізделген магнитті таңдау процесі баға кестесінен емес, төмендегі тәртіпті сақтауы керек.

1-қадам: Алдымен салқындатуды анықтаңыз, содан кейін бағаны талқылаңыз.  Осьтік ағынды машинаның роторды салқындату әдісі магнит температурасының 'қабатын' тікелей анықтайды. Ауаны салқындату қарапайым және паразиттік шығыны аз, бірақ ауаның жылу өткізгіштігі мен меншікті жылу сыйымдылығы шектеулі, ал салқындату мүмкіндігі жылдамдық пен қоршаған ортаға қатты тәуелді. Майдың салқындауы осьтік ағында жоғары күтіледі; Эксперименттік деректер маймен салқындату схемасы таза сумен салқындатуға қарағанда максималды температураны  15–20°С -қа төмендете алатынын көрсетеді  , бірақ майды салқындату 'жылуды алып тастау' 'жылуды кетіруге' тең емес. Диск түріндегі құрылымның шеті мен ортасы арасындағы температура айырмашылығы әлі де  30-50 К жетуі мүмкін , ал жергілікті ыстық нүктенің магнитсіздену объектісі болып табылады. Салқындату схемасы мұздатылғанға дейін кез келген сортты таңдауда сенімді алғышарт жоқ.

2-қадам: Қысқа тұйықталу жағдайын температураны тексеруге қойыңыз.  Қалыпты жұмыс кезіндегі температура тек негізгі көрсеткіш болып табылады. Магнитсіздендіруді тексеру контроллердің ақаулығы немесе орамның қысқа тұйықталуынан туындайтын кері магнит өрісін қамтуы керек және бұл тексеру  магниттің осы жағдайда жетуі мүмкін ең жоғары температурада орындалуы керек . Әдебиеттердегі жобалау критерийі қарапайым: ең төменгі температурада үш фазалы қысқа тұйықталу токынан кейін қайтымсыз демагнетизацияны болдырмау үшін магниттің қалыңдығын таңдау керек. Жалпы алғанда, ең нашар температура мен ең нашар магнитсіздендіргіш өрістің суперпозициясында жұмыс нүктесі тізе нүктесінен төмен түспейтінін растау қажет.

3-қадам: Баға жұрнағын тексеру үшін 'магниттің нақты температурасы + қысқа тұйықталу магнитсіздендіру өрісі' пайдаланыңыз. Егер салқындату схемасы мен электромагниттік конструкциямен берілген магниттің ыстық нүктесінің температурасы  деңгейінде болса  140–150°C және қысқа тұйықталу магнитсіздендіру өрісі ауыр болмаса, SH үміткерлер тізіміне кіруі мүмкін; ыстық нүкте жақындағанда немесе асқанда  160°C , UH сенімдірек бастапқы нүкте болып табылады; ыстық нүкте  180°C-тан жоғары болғанда , EH немесе одан да жоғары бағаларды мұқият бағалау керек немесе салқындату дизайнының өзін қайта қарау керек. Мұндағы логика мынада:  жұрнақ 'өнімділік деңгейі' емес, 'берілген температурада тізе нүктесін сақтауға арналған мүмкіндік деңгейі'.  Жоғары жұрнақтардың бағасы (UH/EH) әдетте сәл төмен реманенттілік немесе жоғары ауыр сирек кездесетін қосымша; бұл тегін сақтандыру емес.

4-қадам: Температурада 'жүктемені жеңілдету' үшін ротор сегментациясын және магнит геометриясын пайдаланыңыз.  Магнит таңдау оқшауланған материалдық шешім емес. Осьтік ағынды ротор магниттерінің құйынды ток жоғалуы құйынды ток жолының ұзындығына және магнит бетіндегі бетінің ауданына тікелей байланысты, ал тұрақты магнит сегментациясы құйынды ток жоғалуын азайтудың және температураның көтерілуін басудың тиімді құралы болып табылады. Сынып әлдеқашан анықталған кезде және температура шегі тығыз болса, сегменттеуді оңтайландыру арқылы магниттің меншікті жылу генерациясын азайту кейде класс жұрнағын жай бір деңгейге көтеруден гөрі үнемдірек болады, сонымен қатар айналу моментінің тығыздығын сақтауға қолайлырақ болады.

Практикалық пайымдау сызығы

Егер бұл мақала дизайнға шолу жасау үшін бір сөйлемге сығымдалатын болса, ол:  осьтік ағынды ротор магнитінің маркасы 'таңдалған' болмауы керек; ол 'есептелген' болуы керек — алдымен салқындату және қысқа тұйықталу шарттарын пайдаланып, магнит қандай температураға жететінін есептеңіз, содан кейін сол температураны пайдаланып, тізе нүктесін іздеңіз, ең соңында жұрнаққа орналасыңыз.

NdFeB үшін  120°C  қайтымды ыдырау маңызды бола бастайтын бақылау нүктесі, ал шамамен  150°C  қайтымсыз магнитсіздену қаупі мұқият тексерілуі тиіс деңгейге енетін аймақ болып табылады. Бұл екі сан бағалар кестесіндегі 'ең жоғары жұмыс температурасы' емес; керісінше, олар конструкторларға осьтік ағынның сэндвич құрылымында радиалды машиналарға қарағанда температуралық маржа тезірек жоғалатынын еске салады. Температураны сынып объектісі емес, таңдау пәні ретінде қарастыру магнитсіздендіруді материалдық мәселеден жүйелік сенімділік алшақтығына айналдырудан сақтайды.