I. 'Ujian Survival' di bawah Putaran Kelajuan Tinggi
Motor leviti magnetik, dengan kelebihan operasi tanpa sentuh, kecekapan tinggi dan kelajuan putaran yang sangat tinggi, semakin digunakan dalam peralatan mewah seperti blower industri, pemampat dan roda tenaga penyimpanan tenaga. Walau bagaimanapun, apabila kelajuan putaran mencecah puluhan ribu pusingan seminit atau lebih tinggi, magnet kekal pada pemutar tertakluk kepada 'ujian kemandirian'.
Di manakah letak masalahnya?
Motor leviti magnet biasanya menggunakan NdFeB tersinter sebagai bahan magnet kekal. Walaupun NdFeB menawarkan sifat magnetik yang sangat baik - termasuk produk tenaga magnet yang sangat tinggi dan daya paksaan - ia mempunyai kelemahan kritikal: kekuatan mampatannya jauh lebih besar daripada kekuatan tegangannya . NdFeB tersinter, dihasilkan melalui metalurgi serbuk, biasanya mempunyai kekuatan tegangan tidak lebih daripada 80 MPa. Pada kelajuan tinggi, daya emparan menjana tegasan tegangan yang ketara di dalam magnet kekal – dalam keadaan operasi 18,000 rpm, tegasan emparan dalam NdFeB boleh melebihi 160 MPa, hampir dua kali ganda had kekuatannya sendiri..
Ini seperti tali yang diperbuat daripada bahan rapuh: ia menahan mampatan tanpa masalah, tetapi mudah putus di bawah ketegangan. Apabila motor berputar pada kelajuan tinggi, magnet kekal tertakluk kepada daya tegangan kerana ia 'dilemparkan ke luar.' Setelah melebihi had, keluli magnet akan retak, berkecai atau bahkan menyebabkan pemutar pecah.
II. Lengan Gentian Karbon: 'Perisai Ketat' untuk Keluli Magnet
Bagaimanakah kita boleh melindungi magnet kekal yang rapuh daripada retak di bawah daya emparan? Penyelesaian paling berkesan yang ada hari ini ialah menambah lengan gentian karbon pada magnet kekal.
Gentian karbon mempunyai kekuatan tegangan lebih 5000 MPa, jauh melebihi had kekuatan NdFeB. Lebih penting lagi, berbanding dengan lengan logam tradisional seperti aloi titanium, lengan gentian karbon menawarkan tiga kelebihan utama:
Kekuatan ringan dan tinggi – Kekuatan khusus (nisbah kekuatan-kepada-ketumpatan) gentian karbon jauh lebih tinggi daripada logam, jadi bahan yang lebih nipis dan ringan boleh memberikan kekuatan perlindungan yang mencukupi.
Tiada kehilangan arus pusar – Gentian karbon adalah konduktor yang lemah, jadi ia tidak menghasilkan kehilangan arus pusar frekuensi tinggi seperti lengan logam, sekali gus mengelakkan kehilangan kuasa tambahan dan isu pemanasan.
Pengembangan haba yang rendah – Gentian karbon mempunyai pekali pengembangan haba yang rendah, memastikan kestabilan dimensi yang baik di bawah keadaan operasi suhu tinggi.
III. Rahsia Teras Anti-Retak: Pra tekanan
Adakah menambah lengan gentian karbon bermakna semuanya telah diselesaikan? Tidak cukup.
Perkara utama ialah kedua-dua lengan dan magnet kekal mengalami pengembangan jejari akibat daya emparan semasa putaran kelajuan tinggi. Jika lengan hanya 'dipasang' di atas magnet, jurang akan muncul di antara mereka – kerana ubah bentuk jejari lengan selalunya lebih besar daripada magnet. Sebaik sahaja jurang terbentuk, lengan kehilangan kekangannya pada magnet, dan keluli magnet masih akan retak.
Penyelesaiannya ialah dengan menggunakan 'pra tegasan' berterusan pada magnet kekal.
Dengan mencipta padanan gangguan antara lengan dan magnet (iaitu, diameter dalam lengan adalah lebih kecil sedikit daripada diameter luar magnet), lengan bertindak seperti 'sut ketat' yang melilit rapat pada magnet, mengenakan tegasan mampatan jejari ke dalam. Apabila rotor berputar pada kelajuan tinggi, pra tegasan ini secara berkesan mengatasi tegasan tegangan yang disebabkan oleh daya emparan.
Penyelidikan menunjukkan bahawa apabila gangguan mencapai lebih daripada 0.10 mm, tegasan emparan maksimum dalam magnet kekal boleh dikurangkan daripada lebih 160 MPa kepada di bawah 70 MPa, jauh di bawah had kekuatannya. Dalam keadaan yang melampau (cth, suhu tinggi 200 °C ditambah putaran lebih laju), walaupun tegasan gelung dalam lengan gentian karbon mungkin meningkat sehingga melebihi 1000 MPa, masih terdapat margin keselamatan yang mencukupi berbanding had kekuatan bahan gentian karbon sebanyak 1400 MPa.
IV. Bagaimana untuk Mencapai Pra-tekanan? Dua Laluan Proses
Pada masa ini, terdapat dua kaedah arus perdana untuk mencapai pra-tegasan dalam lengan gentian karbon:
Laluan 1: Perhimpunan Gangguan
Lengan gentian karbon dikilangkan secara berasingan dan kemudian dipasang pada pemutar dengan pemasangan terma atau sejuk. Sebagai contoh, menyejukkan pemutar kepada –190 °C membolehkan lengan digelongsorkan dengan daya paksi yang sangat sedikit; sebagai alternatif, kaedah pemasangan tekan paksi dengan daya tekan sehingga 25 kN boleh digunakan.
Walau bagaimanapun, kaedah ini mempunyai kelemahan: gentian karbon rapuh dan mempunyai keliatan yang lemah, menjadikannya terdedah kepada kerosakan dan retak semasa pemasangan gangguan. Selain itu, proses pemasangan adalah rumit dan kawalan gangguan adalah sukar.
Laluan 2: Penggulungan Ketegangan Tinggi (penyelesaian yang lebih baik)
Gentian karbon dililit terus ke permukaan pemutar, dan semasa proses penggulungan, tegangan tinggi dikenakan pada tunda gentian, menjadikan setiap lapisan gentian membalut rapat pada permukaan magnet kekal.
Kehalusan kaedah ini ialah proses penggulungan itu sendiri adalah proses aplikasi pra tegasan . Dengan mengawal ketegangan gentian, medan prategasan yang dikehendaki boleh dikenakan pada lengan, menggantikan kaedah gangguan mekanikal tradisional.
V. Proses Penggulungan Gentian Karbon SDM
Dalam bidang pemutar motor berkelajuan tinggi pengangkatan magnet, Hangzhou SDM Magnetics Co., Ltd. telah menguasai proses penggulungan gentian karbon yang matang . Ciri teknikalnya ditunjukkan terutamanya dalam aspek berikut:
Teknologi penggulungan lilitan tegangan tinggi. SDM mengguna pakai laluan proses penggulungan terus gentian karbon mengelilingi permukaan pemutar. Dengan mengawal ketegangan yang dikenakan pada tunda gentian karbon dengan tepat semasa penggulungan, lapisan gentian dipatuhi rapat dengan permukaan luar magnet kekal. Proses ini secara serentak memberikan daya pra-menegang yang diperlukan kepada magnet semasa membuat lengan, mengelakkan risiko retak dan kesukaran pemasangan yang berkaitan dengan pemasangan gangguan tradisional.
Kawalan jadual ketegangan yang tepat. Proses SDM secara fleksibel menggunakan mod kawalan ketegangan yang berbeza mengikut pelbagai keperluan operasi. Untuk memenuhi keperluan pengagihan tekanan yang berbeza – seperti 'lebih longgar di dalam, lebih ketat di luar' atau 'lebih ketat di dalam, lebih longgar di luar' – mereka boleh memilih mod tegangan malar, tork malar atau belitan tegangan tirus. Dengan mengawal tegangan belitan lapisan demi lapisan, tegasan baki dalam lapisan gentian boleh dibuat secara seragam kepada keadaan yang ideal.
Pengesahan kuantitatif daya pra-mengetatkan. SDM telah mewujudkan gelung tertutup teknikal yang lengkap, daripada pengiraan teori kepada simulasi elemen terhingga, dan akhirnya kepada pengesahan percubaan. Untuk daya pra-menegang yang dijana oleh lengan gentian karbon luka tegangan tinggi pada magnet kekal, ralat purata antara keputusan ujian eksperimen dan pengiraan analitik ialah 8.56%, dan ralat purata berbanding simulasi unsur terhingga ialah 7.88% – tahap ketepatan ini menjamin sepenuhnya kebolehpercayaan reka bentuk pra-tegasan.
Keupayaan proses penuh bersepadu. Daripada pemilihan bahan gentian karbon, reka bentuk struktur, dan reka bentuk elektromagnet kepada proses pemasangan acuan, pembuatan peralatan, dan pemeriksaan dan ujian, SDM memiliki keupayaan teknikal yang lengkap. Syarikat itu beribu pejabat di Hangzhou dan mempunyai susun atur bersepadu perdagangan industri, membolehkannya menyediakan pelanggan dengan penyelesaian rantaian penuh daripada magnet kepada pemasangan rotor.
Ia adalah tepat dengan proses penggulungan gentian karbon yang ditapis ini bahawa pemutar motor berkelajuan tinggi pengangkatan magnetik SDM secara berkesan boleh menghalang keretakan keluli magnet di bawah keadaan emparan berkelajuan tinggi, memastikan operasi pemutar yang selamat, stabil dan boleh dipercayai di bawah keadaan menuntut berpuluh-puluh ribu putaran seminit.
