Жақтаусыз моменттік қозғалтқыштардың «жоғары температуралы өлтірушісі»: магнитті магнитсіздандыру қаупі қаншалықты маңызды?

Робот қосылыстары, бірлескен роботтық қолдар және тікелей жетекті айналмалы үстелдер сияқты өнімділігі жоғары қозғалысты басқару сценарийлерінде, жақтаусыз крутящий қозғалтқыштар барған сайын кең таралған. Олардың корпусы да, мойынтіректері де жоқ — шын мәнінде механикалық құрылымға тікелей енгізілген, жоғары айналу моменті тығыздығын, жоғары қаттылық пен ықшам із қалдыратын «жалаңаш ротор + статор» қуат өзегі.

Дегенмен, көптеген инженерлер таңдау және пайдалану кезінде ықтимал тәуекелді елемейді:  жоғары температурада тұрақты магниттердің қайтымсыз магнитсізденуі . Магнитсіздену орын алғаннан кейін, қозғалтқыш айналу моменті төмендейді, қызу күшейеді және тіпті бүкіл буынды 'әлсіз' қалдыруы мүмкін.

I. Рамасыз моментті қозғалтқыштағы магниттер қандай?

Жақтаусыз айналу моменті қозғалтқыштары әдетте ротор бетіне немесе ішіне орнатылған жоғары өнімді тұрақты магниттермен (әдетте 'магниттер' деп аталады) тұрақты магнитті синхронды қозғалтқыштар болып табылады.

Бүгінгі таңда қолданылатын негізгі магнит материалы  неодим-темір-бор (NdFeB) болып табылады , өйткені оның ерекше магниттік өнімділігі, өте аз көлемде ауа ағынының жоғары ағынын жасауға қабілетті — өте жоғары айналу моментінің тығыздығын қажет ететін жақтаусыз момент қозғалтқыштары үшін өте қолайлы.

Бірақ NdFeB тән әлсіздігі бар:  салыстырмалы түрде төмен ыстыққа төзімділік.

II. Жоғары температурадағы магнитсіздену қалай жүреді?

Тұрақты магниттердің магнетизмі шын мәнінде 'тұрақты' емес. Температура белгілі бір деңгейге көтерілгенде, магниттің ішіндегі магниттік домендердің туралануы тұрақсыз болып, магнит күші бірте-бірте азаяды.

Магнитизация екі түрге бөлінеді:

1. Қайтымды магнитсіздену

Магниттік күш температура көтерілгенде уақытша төмендейді, бірақ температура төмендеген кезде қалпына келеді. Бұл түр қозғалтқыш дизайнында бұрыннан ескерілген және шектеулерден асып кетпесе, әдетте проблема болмайды.

2. Қайтымсыз магнитсіздену

Температура магниттің төзімділік шегінен асып кетсе немесе жоғары температурада күшті магнитсіздендіргіш өріс қолданылса, кейбір магниттік домендер біржола бұзылады және температура қалыпқа келгеннен кейін де магнетизм толық қалпына келе алмайды. Бұл  тұрақты демагнетизация . бізді ең алаңдататын

Қарапайым NdFeB магниттері үшін қайтымсыз демагнетизацияға арналған сыни температура әдетте  80°C және 150°C арасында болады. магнит дәрежесіне байланысты Рамасыз крутящий қозғалтқыштарда олардың ықшам құрылымы мен жылуды нашар бөлуіне байланысты жұмыс кезінде жергілікті температура бұл диапазоннан оңай асып түседі.

III. Неліктен жақтаусыз айналу моменті қозғалтқыштары жоғары температурадағы магнитсіздендіруге көбірек бейім?

Дәстүрлі үй қозғалтқыштарымен салыстырғанда, жақтаусыз айналу моменті қозғалтқыштарында бірнеше 'жоғары температура ұстағыштары' бар:

1. Ықшам құрылым, нашар жылуды тарату жолдары

Рамасыз қозғалтқыштар статор мен корпус арасындағы шектеулі байланыс аймағымен механикалық құрылымға тікелей салынған, бұл жылуды алуды қиындатады. Көптеген роботтық қосылыстар жабық кеңістіктерге ие және тек табиғи конвекцияға немесе қарапайым жылу өткізгіштікке сүйенеді, бұл ішкі температураның жоғарылауына әкеледі.

2. Моменттің жоғары тығыздығы токтың жоғары тығыздығын білдіреді

Шектеулі көлемде жоғары айналу моментін беру үшін жақтаусыз момент қозғалтқыштары жиі токтың жоғары тығыздығында жұмыс істейді. Мыстың шығыны токтың квадратына пропорционал, айтарлықтай жылу шығарады.

3. Жиі шамадан тыс жүктеме жағдайлары

Іске қосу, апаттық тоқтату, соқтығысудан қорғау және жүкті ұстап тұру сценарийлері кезінде қозғалтқыш токтары бір сәтте номиналды мәннен 2-3 есе жоғарылап, температураның жылдам көтерілуіне себеп болуы мүмкін.

4. Магниттер жақын орналасқан жылу көздеріне тікелей әсер етеді

Ротор магниттері статор орамаларына жақын орналасқан. Статордан келетін жылу ауа саңылауы арқылы роторға таралады және магнит температурасы орама температурасына жақындауы немесе одан да асып кетуі мүмкін.

IV. Жоғары температурадағы магнитсіздендірудің салдары

Қайтымсыз магнитсіздену пайда болғаннан кейін қозғалтқыш бірқатар проблемаларды көрсетеді:

•  Тұрақты момент төмендейді : Бірдей ток үшін шығыс моменті төмендейді.

• Кері-ЭМӨ төмендейді : Қозғалтқыш сипаттамасының қисығы өзгеріп, басқару дәлдігін төмендетеді.

• Крутящий моментті ұстап тұру үшін ток одан әрі артады : Көбірек қыздыруға әкеледі — қатыгез цикл.

• Жүйе тиімділігінің төмендеуі : Қуатты тұтынудың жоғарылауы, батареяның қызмет ету мерзімінің нашарлауы немесе жалпы қуат тұтынуы.

• Буынның қаттылығы әлсірейді : Роботтар үшін орналасу дәлдігі мен жүк көтергіштігінің екеуі де әсер етеді.

Оны нашарлататыны, бұл деградацияның бірте-бірте және қайтымсыз болуы. Пайдаланушылар белгілі бір ақаулықты анықтай алмай, уақыт өте келе 'мотордың қуаты азырақ' екенін байқайды.

V. Магниттің жоғары температурада магнитсіздену қаупін қалай азайтуға болады?

Жақсы жаңалық - дұрыс таңдау, жобалау және бақылау стратегиялары арқылы тәуекелді айтарлықтай азайтуға болады.

1. Температурасы жоғары магниттерді таңдаңыз

NdFeB магниттері әртүрлі температуралық дәрежелерде келеді, әдетте N, M, H, SH, UH, EH және т.б. Алфавиттегі әріп неғұрлым көп болса, соғұрлым температура мүмкіндігі жоғары болады. Мысалы:

•  N сериясы: максималды жұмыс температурасы 80°C

• H сериясы: 120°C

• SH сериясы: 150°C

•  UH сериясы: 180°C

•  EH сериясы: 200°C

Рамасыз айналу моменті қозғалтқыштары үшін, әсіресе роботты қосылыстарда, кем дегенде таңдау ұсынылады . SH немесе одан жоғары , ал мүмкін болса, UH немесе EH

2. 'магнетизация қисығы' мен тізе нүктесіне назар аударыңыз

Қозғалтқышты жобалау кезінде магниттің жұмыс нүктесі магнитсіздену қисығында 'тізе нүктесінен' жақсы алыс тұруы керек. Максималды жұмыс температурасы мен максималды магнитсіздендіргіш ток жағдайында магнит қауіпсіз аймақта жұмыс істеуі керек. Таңдау кезінде өндірушіден магнитсіздену қисықтарын және әртүрлі температурада модельдеу деректерін беруін сұраңыз.

3. Жылумен басқаруды жақсарту

• Статор мен корпус арасына термомай немесе термиялық жастықшаларды қолданыңыз.

• Қажет болса, мәжбүрлі ауаны немесе сұйық салқындатуды қосып, дұрыс жылуды тарату жолдарын жобалаңыз.

• Температура сенсорларын қозғалтқыштың ішіне немесе орамалардың жанына қойыңыз.

• Қозғалтқыштың жоғары температуралы ортада ұзақ уақыт толық жүктемеде жұмыс істеуін болдырмаңыз.

4. Ток және шамадан тыс жүктеме ұзақтығын бақылау

Ұзақ уақытқа созылатын шамадан тыс жүктемені болдырмау үшін диск арқылы ең жоғары ток пен ұзақтығын шектеңіз. Тұрақты ұстап тұру моментін қажет ететін қолданбалар үшін ұстап тұру тогын азайтуды немесе көмек ретінде механикалық тежегіштерді пайдалануды қарастырыңыз.

5. 'Сток + жоғары ток' тіркесімін болдырмаңыз

Тоқтау кезінде кері ЭҚК нөлге тең болады және барлық ток жылуға айналады — бұл магнитсізденудің ең қауіпті сценарийлерінің бірі. Жүйенің дизайны ұзаққа созылатын тоқтау жағдайларын болдыртпауы керек немесе стендті қорғауды жүзеге асыруы керек.

6. Қозғалтқыштың жағдайын үнемі бақылаңыз

Артқы ЭҚК тұрақтысы, жүктемесіз ток және температураның жоғарылауы сияқты параметрлерді бақылау арқылы магнитсізденудің орын алғанын жанама түрде анықтауға болады. Жоғары деңгейлі жүйелер модельге негізделген онлайн күйді бағалауды қоса алады.

VI. Түйіндеме

Рамасыз крутящий қозғалтқыштардағы магниттердің жоғары температурада магнитсізденуі «көрінбейтін, бірақ өлімге әкелетін» қауіп болып табылады. Бұл сынған білік немесе өртенген орамдар сияқты айқын емес, бірақ ол қозғалтқыштың айналу моменті мен дәлдігін жасырын түрде тонайды.

Робототехника, CNC айналмалы үстелдері және тікелей жетекті қосылыстар сияқты қолданбалар үшін  таңдау кезінде жоғары температуралы магниттерге аздап көбірек ақша жұмсау, дизайнда қосымша термиялық шегін қалдыру және бақылауға тағы бір артық жүктемеден қорғауды қосу  көбінесе өнімділіктің айтарлықтай төмендеуін және сатылымнан кейінгі мәселелердің алдын алады.