Pierścień promieniowania NdFeB: nowa generacja technologii podstawowej, która wiodąca transformacja projektowania obwodów magnetycznych
W warsztacie produkcyjnym wysokiej klasy serwosilników inżynierowie dokładnie dopasowują kąty łączenia płytek magnetycznych, próbując wyeliminować słabe zniekształcenia pola magnetycznego — problem, który nęka tę branżę od dziesięcioleci. Dziś to wyzwanie jest po cichu rozwiązywane przez bezszwowy pierścień.
Spiekane promieniowo pierścienie magnetyczne NdFeB stopniowo zastępują tradycyjne rozwiązania w zakresie łączenia płytek z magnesami segmentowymi. Ten zintegrowany pierścień magnetyczny eliminuje wady tradycyjnego łączenia bloków w kształcie płytek, takie jak straty magnetyczne i trudny montaż.
W przeciwieństwie do tradycyjnych łączonych pierścieni magnetycznych, które do mocowania płytek magnetycznych wymagają konstrukcji ramy z miękkiego materiału magnetycznego, pierścienie magnetyczne radiacyjne są rodzajem specjalnie zorientowanego magnesu trwałego w kształcie pierścienia o bardziej równomiernym rozkładzie pola magnetycznego, skutecznie poprawiającym stopień sinusoidalny pola magnetycznego szczeliny powietrznej silnika.
01 Tło modernizacji technologicznej
Tradycyjne silniki bezszczotkowe z magnesami trwałymi najczęściej wykorzystują łączenie płytek magnetycznych w celu utworzenia obwodu magnetycznego w kształcie pierścienia, ale ta konstrukcja ma oczywiste wady. Rozwiązanie do łączenia płytek magnetycznych wymaga konstrukcji ramy z miękkiego materiału magnetycznego do mocowania płytek, co prowadzi do znacznej utraty strumienia magnetycznego i znacząco wpływa na współczynnik mocy i wydajność silnika.
Co ważniejsze, łączone pierścienie magnetyczne charakteryzują się wysokimi wymaganiami dotyczącymi dokładności przetwarzania, trudnym montażem, słabą płynnością przejść biegunów magnetycznych i dużym hałasem silnika. Wraz z szybkim rozwojem technologii sztucznej inteligencji i automatyzacji zapotrzebowanie rynku na zminiaturyzowane, lekkie i wydajne silniki stale rośnie, co sprawia, że tradycyjna technologia łączenia płytek magnetycznych staje się coraz bardziej niewystarczająca, aby sprostać obecnym wymaganiom technicznym.
Ta trudna sytuacja technologiczna stała się bodźcem do badań i zastosowania nowej generacji rozwiązań z magnesami trwałymi – pierścieni magnetycznych promieniowania NdFeB. W porównaniu z tradycyjnymi płytkami magnetycznymi, pierścienie radiacyjne okazały się preferowanym kluczowym elementem materiałowym do produkcji małych, wysokowydajnych silników i czujników z magnesami trwałymi.
02 Porównanie technologii rdzeniowej: pierścień radiacyjny a segmentowe płytki magnetyczne
Pierścienie radiacyjne i tradycyjne segmentowe płytki magnetyczne różnią się znacznie pod względem wielu wymiarów. Pod względem integralności strukturalnej pierścienie magnetyczne promieniowania są uformowane integralnie, podczas gdy segmentowe płytki magnetyczne są złożone z wielu niezależnych bloków magnetycznych.
Jeśli chodzi o równomierność pola magnetycznego , radiacyjne pierścienie magnetyczne mają ciągły rozkład pola magnetycznego z sinusoidalnym kształtem fali i małymi strefami przejściowymi między biegunami magnetycznymi, podczas gdy segmentowane płytki magnetyczne wykazują oczywiste zniekształcenia pola magnetycznego i lokalne obszary osłabienia.
Złożoność montażu jest również ważnym czynnikiem. Proces montażu pierścieni radiacyjnych jest uproszczony i eliminuje ponad dziesięć etapów, takich jak cięcie płytek magnetycznych, pozycjonowanie i klejenie. Natomiast segmentowe płytki magnetyczne wymagają skomplikowanych procesów montażu i wielu etapów przetwarzania.
Z punktu widzenia wytrzymałości konstrukcyjnej pierścienie radiacyjne są spiekane jako całość, co eliminuje słabe punkty połączeń fizycznych wynikające z łączenia lub łączenia, a także wykazują doskonałą odporność na uderzenia i wibracje. Dla porównania, segmentowe płytki magnetyczne mają wady połączeń fizycznych.
Pod względem opłacalności , chociaż pierścienie radiacyjne mają wyższe początkowe koszty produkcji, oferują one znaczne korzyści w zakresie kosztów cyklu życia. Z drugiej strony, segmentowe płytki magnetyczne charakteryzują się długoterminowymi niekorzystnymi kosztami ze względu na złożone procesy i ograniczenia wydajności.
Dodatkowo, jeśli chodzi o wydajność silnika , pierścienie radiacyjne znacznie poprawiają sinusoidalny stopień pola magnetycznego szczeliny powietrznej silnika, redukując hałas i wibracje podczas pracy. Segmentowe płytki magnetyczne powodują jednak niestabilną pracę silnika i wyższy poziom hałasu z powodu zniekształceń pola magnetycznego i szczelin między płytkami.
03 Klasyfikacja techniczna i procesy produkcyjne
Pierścienie magnetyczne promieniowania NdFeB można podzielić na kilka typów w zależności od metod produkcji: pierścienie magnetyczne promieniowania NdFeB ze spoiwem, pierścienie magnetyczne promieniowania NdFeB wytłaczane na gorąco i pierścienie magnetyczne promieniowania NdFeB spiekane metodą metalurgii proszków.
Proces wiązania jest stosunkowo zaawansowany i niedrogi, dlatego największy udział w produkcji mają związane pierścienie promieniowania NdFeB. Jednakże połączone pierścienie magnetyczne mają niższą gęstość i wydajność, co ogranicza ich rozwój w scenariuszach zastosowań wysokiej klasy.
Natomiast wysokowydajne spiekane i prasowane na gorąco/odkształcane na gorąco pierścienie magnetyczne z promieniowaniem NdFeB zapewniają wyższą wydajność magnetyczną, ale wiążą się z większymi wyzwaniami technicznymi. Ze względu na znaczne różnice we współczynnikach skurczu i współczynnikach rozszerzalności cieplnej pomiędzy kierunkami osi łatwego namagnesowania i osi twardego namagnesowania ziaren NdFeB, te pierścienie magnetyczne są podatne na fragmentację podczas przygotowania, namagnesowania i montażu, co skutkuje niskimi stawkami gotowego produktu i ogólnie wyższymi cenami.
04 Aplikacje wielodomenowe
Pierścienie magnetyczne promieniowania NdFeB wykazały szerokie perspektywy zastosowania w wielu zaawansowanych dziedzinach. W automatyce przemysłowej pierścienie radiacyjne są szczególnie odpowiednie do szybkich i precyzyjnych silników sterujących, takich jak serwomotory i roboty przemysłowe.
Opracowane w kraju wielobiegunowe pierścienie magnetyczne radiacyjne przeszły testy pilotażowe i są z powodzeniem stosowane w projektach serwomotorów przedsiębiorstw niższego szczebla, przełamując długoterminową zależność od importowanych serwomotorów w Chinach. Jak wynika z testów, silniki wykorzystujące takie pierścienie magnetyczne wykazują co najmniej 10% wzrost mocy w porównaniu do tradycyjnych rozwiązań płytek magnetycznych.
W dziedzinie technologii czujników pierścienie magnetyczne NdFeB również odgrywają ważną rolę. Naukowcy z Instytutów Nauk Fizycznych Hefei Chińskiej Akademii Nauk opracowali czujnik spektroskopii rotacyjnej Faradaya oparty na układzie pierścieni z magnesami trwałymi NdFeB do wykrywania gazów, takich jak tlenek azotu i dwutlenek azotu.
Czujnik ten wykorzystuje 14 identycznych pierścieni z magnesami trwałymi NdFeB, ułożonych w nierównej odległości, w celu wygenerowania stabilnego statycznego pola magnetycznego, którego średnie natężenie pola magnetycznego sięga 346 gausów. W porównaniu do tradycyjnych rozwiązań cewek elektromagnetycznych, znacznie zmniejsza to zużycie energii.
W branży motoryzacyjnej i sprzętu wysokiej klasy , wraz z rozwojem automatyzacji sprzętu, precyzji oraz technologii projektowania i produkcji silników z magnesami trwałymi, wysokowydajne serwomotory z magnesami trwałymi wykorzystujące wielobiegunowe pierścienie magnetyczne ze spiekanym promieniowaniem NdFeB mają szerokie perspektywy zastosowania w samochodach, obrabiarkach CNC, sprzęcie gospodarstwa domowego, komputerach, robotach i innych dziedzinach.
05 Wyzwania technologiczne i przyszłe trendy
Technologia pierścieni radiacyjnych NdFeB stoi przed wieloma wyzwaniami, z których najważniejszym jest złożona technologia przygotowania . Materiały NdFeB są podatne na fragmentację podczas przygotowania, namagnesowania i montażu, co skutkuje niskimi stawkami produktów gotowych i ogólnie wyższymi cenami.
ograniczenia rozmiaru . Istotną kwestią są także Pierścienie radiacyjne prasowane na gorąco to przeważnie cienkościenne pierścienie magnetyczne, przeważnie o średnicach poniżej 30 mm i grubościach ścianek poniżej 3 mm. Chociaż spiekane pierścienie radiacyjne mogą być produkowane o średnicach zewnętrznych przekraczających 200 mm, są one przeważnie ograniczone do dostępnych na rynku pierścieni magnetycznych o małych średnicach i średnicach zewnętrznych poniżej 100 mm ze względu na kwalifikowaną stawkę i ograniczenia kosztowe.
Chiny jednak nadrabiają zaległości w tej dziedzinie. Badania pewnego zespołu nad „Elementem pierścienia z magnesem trwałym i metodą jego wytwarzania” uzyskały krajowe zezwolenie na wynalazek.
Ponieważ proces spiekanych pierścieni magnetycznych z promieniowaniem NdFeB jest w dalszym ciągu optymalizowany i udoskonalany, szczególnie w związku z dalszym rozwojem i optymalizacją projektowania orientacyjnego pola magnetycznego i metod orientacji, oczekuje się, że w nadchodzących latach technologia ta przyniesie większe przełomy.
Produkty z pierścieniami radiacyjnymi SDM są szeroko stosowane w wysokowydajnych silnikach z magnesami trwałymi, precyzyjnych czujnikach i innych dziedzinach o wysokich wymaganiach dotyczących stabilności pola magnetycznego.
