Den vanligste feilen i magnetvalg for aksial-fluksmotorer skal starte fra karaktertabellen: se først på remanens, deretter på maksimal driftstemperatur, og velg en karakter som er «god nok» til å settes inn i stykklisten. Men i en aksial fluksstruktur er denne rekkefølgen nøyaktig omvendt. Rotormagnetens temperatur bestemmes ikke av selve magneten; den pålegges magneten av topologien, kjølingen og driftsforholdene. Det virkelige utgangspunktet for seleksjonen er å spørre tydelig: i verste fall der kortslutning, overbelastning og varme punkter overlapper seg, hvor varm vil magneten bli, og kan den fortsatt motstå det omvendte magnetfeltet ved den temperaturen?
Avmagnetiseringsrisikoen for aksial fluks er 'skrevet inn i' strukturen
Salgsargumentet til aksialfluxmotorer er klart: med samme effekt kan vekt og aksial lengde halveres sammenlignet med radialmotorer. Men denne kompaktheten har en termisk kostnad.
I en dobbel-stator enkelrotor-topologi er rotoren klemt mellom to statorer, slik at det direkte kontaktområdet mellom rotoren og luften er sterkt redusert, og varmespredningsbanen er iboende smal. Samtidig genererer magnetene i seg selv virvelstrømstap i det vekslende magnetfeltet, og denne varmen frigjøres direkte inne i permanentmagnetene. Den termiske strålingen fra statorene som er lagt på rotorens selvoppvarming, gjør det enkelt for magnettemperaturen å nærme seg eller til og med krysse den farlige grensen under kontinuerlige høyeffektforhold. En tilbakevendende vurdering i bransjeanalyser er at sandwichstrukturen og høy effekttetthet til aksialfluksmotorer fører til ekstremt lav termisk kapasitet, noe som gjør rotormagnetene «svært utsatt for overoppheting».
Derfor kan magnetvalg for aksial fluks ikke bare kopiere opplevelsen av radialmotorer. Intuisjonen i radialmotorer om at 'rotoren avkjøles gjennom akselen og luften i endene' svikter i utgangspunktet i en platetopologi.
Hva som faktisk skjer i avmagnetisering: Grensen mellom reversibel og irreversibel
For å forstå utvalg trenger man bare å forstå to temperaturbegreper.
Reversibel demagnetisering er det normale 'termiske forfallet' til en magnet. Når temperaturen stiger, avtar remanensen lineært, og den kommer seg etter avkjøling, uten permanent skade. NdFeB opererer hovedsakelig i dette området under 120°C. Problemet vises over 120 °C: hellingen av reversibelt forfall blir mer betydelig, og mer kritisk, grensen for irreversibel demagnetisering skyves nærmere.
Det fysiske kriteriet for irreversibel demagnetisering er knepunktet . Avmagnetiseringskurven har et vendepunkt i andre kvadrant. Operasjonspunkter over knepunktet er trygge; Når et eksternt omvendt magnetfelt skyver operasjonspunktet under knepunktet, kan ikke magneten returnere etter at det eksterne feltet er fjernet, og remanensen lider permanent tap. Konsekvensen av stigende temperatur er todelt: remanensen avtar, og samtidig beveger knepunktet seg til høyre (mot lavere magnetfelt) , noe som betyr at det samme omvendte magnetfeltet er mer sannsynlig å krysse knepunktet ved høy temperatur. For NdFeB behandler ingeniørpraksis vanligvis rundt 150°C som det kritiske området for irreversibel demagnetisering ; over dette nivået er risikoen for fullstendig tap av magnetisk ytelse ikke lenger en ubetydelig hendelse med liten sannsynlighet.
Bokstavsuffikset til en magnetgrad spesifiserer i hovedsak temperaturen der knepunktet fortsatt kan forbli langt nok til høyre . Vanlige samsvar er: SH tilsvarer ca. 150°C, UH til 180°C, EH til 200°C og AH til 220°C. Men det er et poeng som er veldig lett å feillese: temperaturen indikert av suffikset er temperaturmotstanden til materialet under spesifikke permeanskoeffisientkalibreringsforhold , ikke den 'maksimale driftstemperaturen' som magneten automatisk oppnår etter å ha blitt installert i motoren. Den samme UH-magneten kan kjøre kontinuerlig ved 130 °C i en godt avkjølt prototype, men i en masseproduksjonsdel med utilstrekkelig sandwich-kjøling kan hot spot direkte stige over 170 °C.
Samarium Cobalt: Reservealternativet, men kostnaden må beregnes tydelig
Når temperaturmarginen til NdFeB virkelig er utilstrekkelig, er SmCo et uunngåelig alternativ innen engineering. SmCo har betydelig høyere temperaturmotstand; mange kvaliteter kan brukes i applikasjoner på 350°C -nivå, og Curie-temperaturen er også i området 700–850°C, langt høyere enn 310–350°C til NdFeB. I høytemperaturområdet er helningen til den irreversible demagnetiseringskurven til SmCo med temperatur også mye flatere enn for NdFeB.
Men kostnaden for SmCo må legges på bordet samtidig. Dens typiske remanens er i området 0,95–1,1 T , mens NdFeB kan nå 1,1–1,4 T; det maksimale energiproduktet er vanligvis 25–30 % lavere enn NdFeB. Dette betyr at for å oppnå samme luft-gap-flukstetthet, må SmCo-magneter være tykkere og tyngre, noe som igjen griper inn i det allerede trange aksiale rommet til aksialfluksmaskiner og kan til og med øke rotor-tregheten og virvelstrømstap. SmCo er også dyrere, og forsyningskjedenes modenhet og leveringsfleksibilitet er ikke like god som NdFeB. Derfor, med mindre den termiske sjekken tydelig indikerer at «selv NdFeB oppgradert til EH/AH ikke kan holde», er bruk av SmCo for å «kjøpe» temperaturmargin ofte en transaksjon som betales tre ganger i vekt, kostnad og effekttetthet.
Riktig rekkefølge av valg: Utled karakteren fra magnettemperaturen
En handlingsbar temperaturbasert magnetvalgprosess for aksial fluks bør følge rekkefølgen nedenfor, i stedet for å starte fra karaktertabellen.
Trinn 1: Definer kjølingen først, diskuter deretter karakteren. Rotorkjølemetoden til en aksialfluxmaskin bestemmer direkte 'gulvet' til magnettemperaturen. Luftkjøling er enkel og har lave parasittiske tap, men luftens varmeledningsevne og spesifikke varmekapasitet er begrenset, og kjøleevnen er sterkt avhengig av hastighet og miljø. Oljekjøling er høyst forventet i aksial fluks; Eksperimentelle data viser at et rimelig oljekjøleskjema kan redusere maksimumstemperaturen med 15–20°C lenger enn ren vannkjøling, men oljekjøling som «bærer varme bort» er ikke lik «eliminering av varme». Temperaturforskjellen mellom kanten og midten av en skivestruktur kan fortsatt nå 30–50 K , og den lokale hot spot er verifiseringsobjektet for demagnet. Før kjøleordningen fryses, mangler ethvert karaktervalg en pålitelig premiss.
Trinn 2: Sett kortslutningstilstanden inn i temperaturkontrollen. Temperaturen under normal drift er bare grunnlinjen. Verifisering av avmagnetisering må dekke det omvendte magnetiske feltet generert av en kontrollerfeil eller viklingskortslutning, og denne kontrollen må utføres ved den høyeste temperaturen magneten kan nå under den tilstanden . Designkriteriet i litteraturen er enkelt: Magnettykkelsen bør velges for å unngå irreversibel demagnetisering etter en trefaset kortslutningsstrøm ved laveste temperatur. Mer generelt er det nødvendig å bekrefte at operasjonspunktet ikke faller under knepunktet ved superposisjonen av den dårligste temperaturen og det verste avmagnetiseringsfeltet.
Trinn 3: Bruk 'faktisk magnettemperatur + kortslutningsavmagnetiseringsfelt' for å sjekke karaktersuffikset. Hvis magnet-hot-spot-temperaturen gitt av kjøleskjemaet og den elektromagnetiske utformingen er i størrelsesorden 140–150°C , og kortslutningsavmagnetiseringsfeltet ikke er alvorlig, kan SH gå inn på kandidatlisten; når hot spot nærmer seg eller overstiger 160°C , er UH et mer pålitelig utgangspunkt; når varmepunktet når over 180°C , må EH eller enda høyere grader vurderes seriøst, eller selve kjøledesignet må vurderes på nytt. Logikken her er: suffikset er ikke et 'ytelsesnivå' men et 'evnenivå for å bevare knepunktet ved en gitt temperatur.' Kostnaden for høyere suffiksgrader (UH/EH) er vanligvis litt lavere remanens eller en høyere tung-sjeldne jordarters tillegg; det er ikke gratis forsikring.
Trinn 4: Bruk rotorsegmentering og magnetgeometri for å 'lette belastningen' på temperaturen. Magnetvalg er ikke en isolert materialbeslutning. Virvelstrømtapet til aksialfluksrotormagneter er direkte relatert til virvelstrømbanelengden og overflatearealet på magnetoverflaten, og permanentmagnetsegmentering er et effektivt middel for å redusere virvelstrømstap og undertrykke temperaturøkning. Når karakteren allerede er bestemt og temperaturmarginen er stram, er det noen ganger mer økonomisk å redusere magnetens egen varmegenerering gjennom segmenteringsoptimalisering enn å bare heve karaktersuffikset med ett nivå, og det er også mer gunstig for å bevare dreiemomenttettheten.
En praktisk vurderingslinje
Hvis denne artikkelen skal komprimeres til én setning for å bringe inn i en designgjennomgang, er det: karakteren til en aksial-flux rotormagnet bør ikke 'velges'; den skal «beregnes» – bruk først kjøle- og kortslutningsforholdene for å beregne hvilken temperatur magneten vil nå, bruk deretter den temperaturen til å slå opp knepunktet, og til slutt bestemme deg for suffikset.
For NdFeB er 120°C observasjonspunktet der reversibelt forfall begynner å bli betydelig, og rundt 150°C er området der irreversibel demagnetiseringsrisiko kommer inn på nivået som må verifiseres seriøst. Disse to tallene er ikke 'maksimal driftstemperatur' i karaktertabellen; snarere minner de designere på at i sandwichstrukturen til aksial fluks forsvinner temperaturmarginen raskere enn i radielle maskiner. Å behandle temperatur som gjenstand for seleksjon i stedet for karakterobjektet er det som hindrer demagnetisering i å gå fra et materiell problem til et systemisk pålitelighetsgap.
SDM Magnetics er en av de mest integrerte magnetprodusentene i Kina. Hovedprodukter: Permanent magnet, neodymmagneter, motorstator og rotor, sensorresolvert og magnetiske enheter.
Legge til
108 North Shixin Road, Hangzhou, Zhejiang 311200 PRChina
