Pemilihan Suhu Penyahmagnetan Magnet Fluks Fluks Rotor: Suhu Merupakan Subjek Pemilihan Pertama

Kesilapan yang paling biasa dalam pemilihan magnet untuk motor fluks paksi hendaklah bermula dari jadual gred: mula-mula lihat pada remanen, kemudian pada suhu operasi maksimum, dan pilih gred yang 'cukup baik' untuk dimasukkan ke dalam BOM. Tetapi dalam struktur paksi-fluks, susunan ini betul-betul terbalik. Suhu magnet rotor tidak ditentukan oleh magnet itu sendiri; ia dikenakan pada magnet oleh topologi, penyejukan, dan keadaan operasi. Titik permulaan sebenar pemilihan adalah bertanya dengan jelas:  di bawah kes terburuk di mana litar pintas, beban lampau dan titik panas bertindih, berapa panas magnet akan menjadi, dan adakah ia masih boleh menahan medan magnet terbalik pada suhu itu?

Risiko Penyahmagnetan Fluks Paksi Adalah 'Ditulis Dalam' Struktur

Titik jualan motor fluks paksi adalah jelas: pada kuasa yang sama, berat dan panjang paksi boleh dikurangkan separuh berbanding dengan motor jejarian. Tetapi kekompakan ini datang pada kos haba.

Dalam topologi pemutar tunggal pemegun dua, pemutar diapit di antara dua pemegun, jadi kawasan sentuhan langsung antara pemutar dan udara sangat berkurangan, dan laluan pelesapan haba secara semula jadi sempit. Pada masa yang sama, magnet itu sendiri menjana kerugian arus pusar dalam medan magnet berselang-seli, dan haba ini dilepaskan terus di dalam magnet kekal. Sinaran terma daripada stator yang ditindih pada pemanasan sendiri rotor memudahkan suhu magnet mendekati atau bahkan melintasi sempadan berbahaya di bawah keadaan kuasa tinggi yang berterusan. Pertimbangan berulang dalam analisis industri ialah struktur sandwic dan ketumpatan kuasa tinggi motor fluks paksi membawa kepada kapasiti haba yang sangat rendah, menjadikan magnet pemutar 'sangat terdedah kepada terlalu panas.'

Oleh itu, pemilihan magnet untuk fluks paksi tidak boleh hanya menyalin pengalaman motor jejarian. Intuisi dalam motor jejari bahawa 'pemutar disejukkan melalui aci dan udara di hujung' pada dasarnya gagal dalam topologi jenis cakera.

Apa yang Sebenarnya Berlaku dalam Penyahmagnetan: Sempadan Antara Boleh Balik dan Tidak Boleh Balik

Untuk memahami pemilihan, seseorang hanya perlu memahami dua konsep suhu.

Penyahmagnetan boleh balik  ialah 'pereputan haba' magnet yang biasa. Apabila suhu meningkat, remanens menurun secara linear, dan ia pulih selepas penyejukan, tanpa kerosakan kekal. NdFeB terutamanya beroperasi dalam julat ini di bawah 120°C. Masalahnya muncul di atas 120°C: cerun pereputan boleh balik menjadi lebih ketara, dan lebih kritikal,  sempadan penyahmagnetan tak boleh balik ditolak lebih dekat.

Kriteria fizikal untuk penyahmagnetan tidak boleh balik ialah  titik lutut . Keluk penyahmagnetan mempunyai titik infleksi dalam kuadran kedua. Titik operasi di atas titik lutut adalah selamat; sebaik sahaja medan magnet terbalik luaran menolak titik operasi di bawah titik lutut, magnet tidak boleh kembali selepas medan luaran dikeluarkan, dan remanen mengalami kehilangan kekal. Akibat kenaikan suhu adalah dua kali ganda: remanens berkurangan, dan pada masa yang sama  titik lutut bergerak ke kanan (ke arah medan magnet yang lebih rendah) , bermakna bahawa medan magnet terbalik yang sama lebih berkemungkinan melintasi titik lutut pada suhu tinggi. Untuk NdFeB, amalan kejuruteraan secara amnya menganggap  sekitar 150°C sebagai kawasan kritikal untuk penyahmagnetan tak boleh balik ; di atas tahap ini, risiko kehilangan prestasi magnet sepenuhnya bukan lagi peristiwa kebarangkalian kecil yang boleh diabaikan.

Akhiran huruf gred magnet pada asasnya menentukan  suhu di mana titik lutut masih boleh kekal cukup jauh ke kanan . Surat-menyurat biasa ialah: SH sepadan dengan kira-kira 150°C, UH hingga 180°C, EH hingga 200°C dan AH hingga 220°C. Tetapi terdapat satu perkara yang sangat mudah disalah baca: suhu yang ditunjukkan oleh akhiran ialah rintangan suhu bahan di bawah  keadaan penentukuran pekali ketelapan tertentu , bukan 'suhu operasi maksimum' yang diperoleh magnet secara automatik selepas dipasang di dalam motor. Magnet UH yang sama boleh berjalan secara berterusan pada 130°C dalam prototaip yang disejukkan dengan baik, tetapi dalam bahagian pengeluaran besar-besaran dengan penyejukan sandwic yang tidak mencukupi, titik panas boleh melonjak secara langsung melebihi 170°C.

Samarium Cobalt: Pilihan Sandar, tetapi Kos Mesti Dikira Dengan Jelas

Apabila margin suhu NdFeB benar-benar tidak mencukupi, SmCo ialah alternatif yang tidak dapat dielakkan dalam kejuruteraan. SmCo mempunyai rintangan suhu yang jauh lebih tinggi; banyak gred boleh digunakan dalam aplikasi pada tahap  350°C  , dan suhu Curie juga berada dalam julat 700–850°C, jauh lebih tinggi daripada 310–350°C NdFeB. Di kawasan bersuhu tinggi, kecerunan lengkung penyahmagnetan tak boleh balik SmCo dengan suhu juga jauh lebih rata daripada NdFeB.

Tetapi kos SmCo mesti diletakkan di atas meja pada masa yang sama. Remanen tipikalnya adalah dalam julat  0.95–1.1 T  , manakala NdFeB boleh mencapai 1.1–1.4 T; produk tenaga maksimum biasanya  25%–30%  lebih rendah daripada NdFeB. Ini bermakna bahawa untuk mencapai ketumpatan fluks celah udara yang sama, magnet SmCo perlu lebih tebal dan lebih berat, yang seterusnya menceroboh ruang paksi mesin fluks paksi yang sudah ketat dan mungkin meningkatkan inersia rotor dan kehilangan arus pusar. SmCo juga lebih mahal, dan kematangan rantaian bekalan dan fleksibiliti penghantarannya tidak sebaik NdFeB. Oleh itu, melainkan semakan terma dengan jelas menunjukkan bahawa 'walaupun NdFeB yang dinaik taraf kepada EH/AH tidak boleh tahan,'  menggunakan SmCo untuk 'membeli' margin suhu selalunya merupakan transaksi yang dibayar tiga kali ganda daripada berat, kos dan ketumpatan kuasa.

Susunan Pemilihan yang Betul: Buat kesimpulan Gred Daripada Suhu Magnet

Proses pemilihan magnet berasaskan suhu yang boleh diambil tindakan untuk fluks paksi harus mengikut urutan di bawah, bukannya bermula dari jadual gred.

Langkah 1: Tentukan penyejukan dahulu, kemudian bincangkan gred.  Kaedah penyejukan rotor mesin fluks paksi secara langsung menentukan 'lantai' suhu magnet. Penyejukan udara adalah mudah dan mempunyai kehilangan parasit yang rendah, tetapi kekonduksian terma dan kapasiti haba spesifik udara adalah terhad, dan keupayaan penyejukan sangat bergantung pada kelajuan dan persekitaran. Penyejukan minyak sangat dijangka dalam fluks paksi; data eksperimen menunjukkan bahawa skim penyejukan minyak yang munasabah boleh mengurangkan suhu maksimum sebanyak  15–20°C  lebih jauh daripada penyejukan air tulen, tetapi penyejukan minyak 'membawa haba' tidak sama dengan 'menghapuskan haba.' Perbezaan suhu antara tepi dan pusat struktur jenis cakera masih boleh mencapai  30–50 K , dan tompok panas tempatan adalah objek pengesahan penyahmagnetan. Sebelum skim penyejukan dibekukan, sebarang pemilihan gred tidak mempunyai premis yang boleh dipercayai.

Langkah 2: Masukkan keadaan litar pintas ke dalam pemeriksaan suhu.  Suhu di bawah operasi biasa hanyalah garis dasar. Pengesahan penyahmagnetan mesti meliputi medan magnet terbalik yang dijana oleh kerosakan pengawal atau litar pintas penggulungan, dan pemeriksaan ini mesti dilakukan pada  suhu tertinggi yang mungkin dicapai oleh magnet dalam keadaan tersebut . Kriteria reka bentuk dalam kesusasteraan adalah mudah: ketebalan magnet harus dipilih untuk mengelakkan penyahmagnetan tidak dapat dipulihkan selepas arus litar pintas tiga fasa pada suhu terendah. Secara umum, adalah perlu untuk mengesahkan bahawa titik operasi tidak jatuh di bawah titik lutut pada superposisi suhu yang paling teruk dan medan penyahmagnetan yang paling teruk.

Langkah 3: Gunakan 'suhu magnet sebenar + medan penyahmagnetan litar pintas' untuk menyemak akhiran gred.  Jika suhu titik panas magnet yang diberikan oleh skema penyejukan dan reka bentuk elektromagnet adalah pada urutan  140–150°C , dan medan penyahmagnetan litar pintas tidak teruk, SH boleh memasuki senarai calon; apabila titik panas menghampiri atau melebihi  160°C , UH ialah titik permulaan yang lebih dipercayai; apabila titik panas mencecah  melebihi 180°C , EH atau gred yang lebih tinggi mesti dinilai dengan serius, atau reka bentuk penyejukan itu sendiri mesti dipertimbangkan semula. Logiknya di sini ialah:  akhiran bukanlah 'tahap prestasi,' tetapi 'tahap keupayaan untuk mengekalkan titik lutut pada suhu tertentu.'  Kos gred akhiran yang lebih tinggi (UH/EH) biasanya adalah remanan yang lebih rendah sedikit atau penambahan heavy-rare-earth yang lebih tinggi; ia bukan insurans percuma.

Langkah 4: Gunakan pembahagian rotor dan geometri magnet untuk 'meringankan beban' pada suhu.  Pemilihan magnet bukanlah keputusan material yang terpencil. Kehilangan arus pusar magnet rotor fluks paksi berkait secara langsung dengan panjang laluan arus pusar dan luas permukaan pada permukaan magnet, dan segmentasi magnet kekal ialah cara yang berkesan untuk mengurangkan kehilangan arus pusar dan menyekat kenaikan suhu. Apabila gred telah ditentukan dan margin suhu adalah ketat, mengurangkan penjanaan haba magnet sendiri melalui pengoptimuman segmentasi kadangkala lebih menjimatkan daripada hanya menaikkan akhiran gred dengan satu tahap, dan ia juga lebih kondusif untuk mengekalkan ketumpatan tork.

Garis Penghakiman Praktikal

Jika artikel ini hendak dimampatkan menjadi satu ayat untuk dibawa ke dalam semakan reka bentuk, ia adalah:  gred magnet pemutar fluks paksi tidak boleh 'dipilih'; ia harus 'dikira'—mula-mula gunakan keadaan penyejukan dan litar pintas untuk mengira suhu yang akan dicapai oleh magnet, kemudian gunakan suhu itu untuk mencari titik lutut, dan akhirnya selesai pada akhiran.

Untuk NdFeB,  120°C  ialah titik cerapan di mana pereputan boleh balik mula menjadi ketara, dan sekitar  150°C  ialah kawasan di mana risiko penyahmagnetan tak boleh balik memasuki tahap yang mesti disahkan dengan serius. Kedua-dua nombor ini bukan 'suhu operasi maksimum' dalam jadual gred; sebaliknya, mereka mengingatkan pereka bahawa dalam struktur sandwic fluks paksi, margin suhu hilang lebih cepat daripada mesin jejarian. Merawat suhu sebagai subjek pemilihan dan bukannya objek gred adalah perkara yang menghalang penyahmagnetan daripada bertukar daripada masalah material kepada jurang kebolehpercayaan sistemik.