Drie grote fouten bij axiale fluxmotorrotoren: repareren of vervangen? Een duidelijke gids om grenzen te herstellen

Axiale fluxmotoren, met hun hoge vermogensdichtheid, compacte structuur en uitstekende koppelkarakteristieken, worden steeds vaker gebruikt in nieuwe energievoertuigen, industriële servo's, windenergie en andere gebieden. Naarmate de bedrijfsuren zich echter opstapelen en de werkomstandigheden complexer worden, zal de rotor – het roterende kernonderdeel van de motor – onvermijdelijk verschillende fouten vertonen. Onder hen zijn oppervlakteschade aan de axiale fluxmotorrotor, demagnetisatie van permanente magneten (magnetisch staal) en falen van de dynamische balans de drie meest voorkomende fouttypen. Geconfronteerd met deze problemen is de kernzorg van het onderhoudspersoneel:  welke fouten kunnen worden gerepareerd? Welke zijn aan vervanging toe? Kunnen prestaties en betrouwbaarheid na reparatie worden gegarandeerd?

1. Schade aan het rotoroppervlak: kleine schade kan worden gerepareerd, ernstige schade vereist vervanging

1.1 Oorzaken en manifestaties van storingen

Oppervlakteschade van een axiale fluxmotorrotor wordt doorgaans veroorzaakt door wrijving (wrijving tussen stator en rotor), het binnendringen van vreemde voorwerpen of het zinken van de rotor als gevolg van defecte lagers. Door het type schade te identificeren, kunt u de oorzaak achterhalen: als het rotoroppervlak één enkele schuurvlek vertoont terwijl het gehele statoroppervlak bekrast is, wordt dit vaak veroorzaakt door een verbogen as of een onbalans in de rotor; Als het statoroppervlak slechts één schuurvlek vertoont terwijl het rotoroppervlak over de gehele omtrek bekrast is, is dit het gevolg van niet-concentrische werking tussen stator en rotor, meestal als gevolg van vervorming van het frame en de eindschildtappen, of ernstige slijtage van de lagers.

1.2 Wanneer kan het gerepareerd worden?

Kleine oppervlakteschade  is over het algemeen herstelbaar. Volgens industrienormen zijn schraap- of slijpmethoden toegestaan ​​om lichte schade aan het binnenoppervlak van de stator en het buitenoppervlak van de rotor te elimineren, op voorwaarde dat de temperatuur van het motoroppervlak na reparatie voldoet aan de relevante normen. Specifieke criteria zijn:

• De schadediepte ligt binnen het bewerkbare bereik (meestal minder dan 0,5 mm) en heeft geen invloed op de algehele structurele integriteit van de rotorkern.

• Er heeft zich geen kortsluiting of smelten van siliciumstaalplaten over grote oppervlakken voorgedaan. Als er plaatselijke verbranding van de kerntanden optreedt, kunnen de gesmolten en versmolten delen worden afgevijld en kunnen de beschadigde gebieden worden gerepareerd met epoxyhars.

• Na reparatie kan de uniformiteit van de luchtspleet nog steeds voldoen aan de ontwerpvereisten en wordt voldaan aan de oppervlaktetemperatuur.

Wat reparatietechnieken betreft, kunnen lichte krassen en roestvlekken worden gepolijst met fijn schuurlinnen gedrenkt in olie, waarbij afwijkingen in de ronding regelmatig worden gecontroleerd met een micrometer. Voor schade aan het pasoppervlak, zoals slijtage van de astappen, kunnen oppervlaktetechnieken zoals lasercladding, borstelgalvaniseren en thermisch spuiten worden gebruikt. Deze reparatieprocessen werken bij lage temperaturen en veroorzaken geen vervorming van de as of veranderen de metallografische structuur.

1.3 Wanneer moet het vervangen worden?

•  De schadediepte is te groot en overschrijdt het ontwerptolerantiebereik, en voortgezette reparatie zou de kernstructuur vernietigen.

•  Er hebben zich grote kortsluitingen of delaminatie van siliciumstaalplaten voorgedaan, wat heeft geleid tot aanzienlijk grotere wervelstroomverliezen en oververhitting van de kern.

• De rotorkern heeft onherstelbare structurele vervorming ondergaan en de uniformiteit van de luchtspleet kan zelfs na reparatie nog steeds niet worden gegarandeerd.

• De schade heeft zich uitgebreid tot zwakke punten in de rotorbasisstructuur en de reparatiekosten liggen dicht bij of zijn hoger dan de vervangingskosten.

2. Magneetdemagnetisatie: mild tot matig kan worden gerepareerd door hermagnetisatie, ernstig vereist vervanging

2.1 Oorzaken en mechanismen van demagnetisatie

De essentie van demagnetisatie van permanente magneten is een onomkeerbare verandering in de magnetische domeinstructuur, die, op basis van de oorzaak, hoofdzakelijk in drie categorieën valt:

• Thermische demagnetisatie : treedt op wanneer de temperatuur van de permanente magneet de tolerantielimiet van de materiaalkwaliteit overschrijdt. Voor NdFeB bedraagt ​​de Curietemperatuur bijvoorbeeld ongeveer 310°C, waarboven totaal magnetisch verlies optreedt. Uit experimentele gegevens blijkt dat NdFeB-magneten na 1000 uur continu gebruik bij 150°C een fluxverlies van 3% tot 5% kunnen ervaren.

• Omgekeerde velddemagnetisatie : Omgekeerde magnetische velden gegenereerd door abnormale omstandigheden zoals overbelasting of kortsluiting veroorzaken lokale omkering van het magnetische domein. In één nieuwe energievoertuigmotor daalde de magnetische fluxdichtheid bij een overbelasting van 200% met 7% tot 12%.

• Chemische corrosie-demagnetisatie : NdFeB-materialen oxideren in warme en vochtige omgevingen, waardoor de magnetische eigenschappen geleidelijk afnemen. Zoutsproeitests geven aan dat onbeschermde magneten na 500 uur tot 15% fluxverlies kunnen ervaren.

Hoe kan ik ter plaatse bepalen of de magneten gedemagnetiseerd zijn? De meest intuïtieve methode: na demagnetisatie neemt de onbelaste snelheid van de motor aanzienlijk toe, neemt de belastingsstroom toe en neemt het remkoppel af. Voor nauwkeurigere detectie is het gebruik van een Tesla-meter (Gaussmeter) nodig om de magnetische veldsterkte aan het oppervlak te meten, of door de tegen-EMK te detecteren en deze te vergelijken met de oorspronkelijke parameters.

2.2 Wanneer kan het gerepareerd worden?

De repareerbaarheid van demagnetisatie hangt af van de  mate van demagnetisatie en het wordt aanbevolen om te beoordelen op basis van de volgende classificatie:

Milde demagnetisatie  wordt meestal veroorzaakt door kortstondige oververhitting of lichte overstroom en heeft een sterke omkeerbaarheid. Het behandelplan omvat eerst het optimaliseren van de warmteafvoer, het beperken van overbelasting en het stabiliseren van de stroomvoorziening, en vervolgens het gebruik van een hoogspanningspulsmagnetisator om de permanente magneten van de rotor directioneel te magnetiseren. Controleer na de magnetisatie met een Gaussmeter of het magnetische veld zich heeft hersteld naar de oorspronkelijke waarde. Volgens de praktijk in de sector kan professionele magnetisatieapparatuur meer dan 95% van de oorspronkelijke prestaties herstellen.

Gematigde demagnetisatie  vereist het demonteren van de motor, het één voor één testen van permanente magneten, het uitkiezen van ernstig gedemagnetiseerde eenheden, het verbinden of inbedden van nieuwe magneten van dezelfde kwaliteit en grootte, precies volgens de oorspronkelijke polariteit, en na volledige magnetisatie, het uitvoeren van nullaststroom-, koppel- en efficiëntietests.

2.3 Wanneer moet het vervangen worden?

De volgende situaties vragen om beslissende vervanging in plaats van verdere reparatiepogingen:

• De remanentie van permanente magneten ligt onder de 80% van de ontwerpwaarde en kan na magnetisatie niet worden hersteld naar de nominale prestaties.

• Magneten vertonen structurele schade (scheuren, breuken, ernstige corrosie) waardoor mechanische sterkte en levensduur ook na magnetisatie niet kunnen worden gegarandeerd.

• Er heeft onomkeerbare demagnetisatie plaatsgevonden, wat betekent dat het permanente magneetmateriaal zelf zo verouderd is of chemische corrosie heeft ondergaan dat de remanentie niet door magnetisatie kan worden hersteld.

•  Demagnetisatie heeft geleid tot zulke ernstige dalingen in het motorrendement en tot abnormale temperatuurstijgingen dat de reparatiekosten hoger zijn dan de kosten voor het vervangen van de hele motor.

3. Dynamisch evenwichtsfalen: de overgrote meerderheid is herstelbaar, slechts weinigen behoeven vervanging

3.1 Storingsoorzaken en diagnose

Rotoronbalans is de meest voorkomende oorzaak van fouten in roterende machines. Statistieken tonen aan dat 70% van de trillingsfouten in roterende machines voortkomen uit onbalans in het rotorsysteem. De hoofdoorzaak is de verkeerde uitlijning van het massamiddelpunt van de rotor met zijn geometrische as, waardoor excentriciteit van de massa ontstaat die centrifugale traagheidskracht genereert tijdens rotatie, wat zich manifesteert als verhoogde radiale trillingen en versnelde slijtage van de lagers.

Voordat u echter een dynamische balanscorrectie uitvoert, moet u eerst één belangrijk ding doen: analyseer de hoofdoorzaak van de abnormale trillingen , omdat het mogelijk geen dynamisch balansprobleem is. Als de apparatuur ernstige losheid, resonantie, gebarsten assen, lagerschade, verkeerde uitlijning of zetting van de fundering vertoont, zal dynamische balanscorrectie niet de verwachte resultaten opleveren.

De typische trillingssignatuur van onbalans is dat de trillingsperiode synchroon is met de werksnelheid (gedomineerd door 1x rotatiefrequentie), de radiale trillingsamplitude de hoogste is en de amplitude en fase stabiliteit en herhaalbaarheid vertonen.

3.2 Wanneer kan het gerepareerd worden?

De overgrote meerderheid van de problemen met dynamische balansstoringen kunnen worden hersteld door middel van correctie ter plaatse of in de fabriek , tenzij de rotor zelf structurele schade heeft opgelopen.

Dynamisch balanceren op locatie  is een volwassen technologie die tegenwoordig veel wordt gebruikt in de industrie. Deze methode voert trillingsmetingen en balanscorrectie uit onder de werkelijke bedrijfssnelheid en installatieomstandigheden van de rotor, zonder dat de rotor hoeft te worden gedemonteerd en teruggestuurd naar de fabriek. Het kan ongeveer 3 tot 5 dagen tijd en transportkosten besparen, terwijl het risico op secundaire schade tijdens demontage en hermontage wordt vermeden. Correctiemethoden omvatten voornamelijk het toevoegen van gewicht (het bevestigen van balansgewichten, schroeven, klinken, lassen) en het verwijderen van gewicht (boren, slijpen, frezen), waarbij de specifieke keuze afhankelijk is van de rotorstructuur en procesvereisten.

De correctienauwkeurigheid volgt de ISO 1940-1 / GB/T 9239.1-normen, en de resterende onbalans kan op extreem lage niveaus worden gecontroleerd. In precisieproductiescenario's kan de nauwkeurigheid van de dynamische balans de G1-graad bereiken (de hoogste nauwkeurigheidsgraad in ISO 1940-1), waardoor trillingsgevaren effectief worden geëlimineerd.

Het rotorschijfframe van een axiale fluxmotorrotor is grotendeels gemaakt van niet-magnetische composietmaterialen en is relatief licht van gewicht. Zodra de balanstoestand echter tijdens bedrijf verandert vanwege de volgende redenen, wordt correctie nog belangrijker:

• Corrosie, slijtage of schilfering van roterende componenten tijdens bedrijf.

•  Adhesie van vreemde voorwerpen veroorzaakt excentriciteit van de massa.

• Langzaam variërende onbalans veroorzaakt door thermische of mechanische vervorming.

In de overgrote meerderheid van de bovengenoemde gevallen kan de normale functie worden hersteld door middel van professionele dynamische balanscorrectie.

3.3 Wanneer moet het vervangen worden?

In de volgende situaties is dynamische balanscorrectie niet effectief en moet de rotor worden vervangen:

• De rotoras vertoont scheuren of breuken. Opgemerkt moet worden dat als de scheurgrootte niet groter is dan 10% van de omtrek van de astap, reparatielassen gevolgd door vlak machinaal bewerken een voortgezet gebruik mogelijk kan maken; Als het echter dit bereik overschrijdt, moet de as worden vervangen. Als de scheur zich heeft verspreid naar de askern, moet de gehele rotor worden vervangen.

• De rotorkern heeft onomkeerbare structurele vervorming of schade ondergaan, en de nauwkeurigheid van de balans kan na correctie nog steeds niet worden gegarandeerd.

• Roterende onderdelen zijn losgeraakt (bijvoorbeeld balansgewichten vallen eraf, breuk van het blad) en de schade is onherstelbaar.

•  Trillingen overschrijden nog steeds de grenzen na meerdere dynamische balanscorrecties, wat wijst op ernstige bestaande problemen met de rotorbasisstructuur.

Het is de moeite waard te vermelden dat Axiale Flux-motoren vanwege hun modulaire structurele ontwerp een bepaald voordeel hebben tijdens onderhoud: alleen de defecte module hoeft te worden vervangen, waardoor de revisiemoeilijkheden en de onderhoudskosten worden verminderd.

4. Samenvatting: Een tabel om reparatie versus vervanging te begrijpen

5. Onderhoudsaanbevelingen en preventieve maatregelen

1. Regelmatige inspectie is een vereiste : zorg voor een routine-inspectiemechanisme. Gebruik een Gaussmeter voor periodieke steekproeven van de verzwakking van het magnetische veld, en een trillingsanalysator voor het regelmatig testen van de dynamische balans, om fouten in een vroeg stadium te elimineren.

2. Stel een diagnose voordat u actie onderneemt : Vóór elke reparatie moet de oorzaak van de fout eerst duidelijk worden geïdentificeerd. Vooral bij dynamische evenwichtsproblemen moeten factoren die niet in evenwicht zijn, zoals lagerschade, verkeerde uitlijning en losheid, eerst worden uitgesloten; anders zal balanscorrectie zinloos zijn.

3. Hermagnetisatie vereist professionele bediening : Bij magnetisatiewerkzaamheden is sprake van hoogspanningspulsapparatuur en deze moeten worden uitgevoerd door gekwalificeerd personeel in een geïsoleerde en afgeschermde omgeving. Controleer na de magnetisatie de prestaties met een Gaussmeter en voer na de herinstallatie een onbelaste en belaste inbedrijfstelling uit.

4. Materiaalupgrades om herhaling te voorkomen : Geef voor bedrijfsomstandigheden met hoge temperaturen of hoge trillingen prioriteit aan het selecteren van hoogwaardige permanente magneten (bijv. H-, SH-serie) en pas oppervlaktebeschermende behandelingen toe zoals PVD-aluminiumcoating of epoxycomposietcoatings op de magneten om de levensduur te verlengen.

5. Onderhoudseconomische evaluatie : Er moet een kostenvergelijking worden gemaakt tussen vervanging van de rotorconstructie en volledige vervanging van de motor. Wanneer de statorwikkelingen nog in goede staat zijn, is vervanging door een echte rotor van hetzelfde model voldoende, waarbij de kosten en doorlooptijd beter zijn dan een volledige vervanging van de motor, en de prestaties worden hersteld naar als nieuw. Wanneer de reparatiekosten echter 60%-70% van de kosten van een nieuwe motor benaderen of overschrijden, wordt aanbevolen prioriteit te geven aan volledige motorvervanging.