Радиационное кольцо NdFeB: новое поколение базовой технологии, ведущее к трансформации конструкции магнитных цепей
В цехе по производству высококлассных серводвигателей инженеры тщательно регулируют углы сращивания магнитных плиток, пытаясь устранить слабые искажения магнитного поля — проблему, которая преследует отрасль на протяжении десятилетий. Сегодня эту задачу спокойно решают с помощью бесшовного кольца.
Спеченные радиально ориентированные магнитные кольца NdFeB постепенно заменяют традиционные решения для сращивания сегментированных магнитных плиток. Это интегрированное магнитное кольцо устраняет недостатки традиционного сращивания блоков в форме плитки, такие как магнитные потери и сложность сборки.
В отличие от традиционных сращенных магнитных колец, для фиксации магнитных плиток которых требуется конструкция рамы из мягкого магнитного материала, радиационные магнитные кольца представляют собой тип специально ориентированного постоянного магнита кольцеобразной формы с более равномерным распределением магнитного поля, что эффективно улучшает синусоидальную степень магнитного поля воздушного зазора двигателя.
01 Предыстория технологической модернизации
Традиционные бесщеточные двигатели с постоянными магнитами в основном используют соединение магнитных плиток для формирования кольцеобразной магнитной цепи, но эта конструкция имеет очевидные недостатки. Решение для сращивания магнитных плиток требует рамной конструкции из магнитомягкого материала для фиксации плиток, что приводит к значительным потерям магнитного потока и значительно влияет на коэффициент мощности и эффективность двигателя.
Что еще более важно, сращенные магнитные кольца страдают от высоких требований к точности обработки, сложной сборки, плохой плавности переходов магнитных полюсов и сильного шума двигателя. С быстрым развитием технологий искусственного интеллекта и автоматизации рыночный спрос на миниатюрные, легкие и эффективные двигатели продолжает расширяться, что делает традиционную технологию сращивания магнитной плитки все более неадекватной для удовлетворения текущих технических требований.
Эта технологическая сложная ситуация стимулировала исследования и применение нового поколения решений для постоянных магнитов — радиационных магнитных колец NdFeB. По сравнению с традиционными магнитными плитками радиационные кольца стали предпочтительным ключевым компонентом материала для производства небольших, высокопроизводительных двигателей и датчиков с постоянными магнитами.
02 Сравнение основных технологий: радиационное кольцо и сегментированные магнитные плитки
Радиационные кольца и традиционные сегментированные магнитные плитки значительно различаются по многим измерениям. С точки зрения структурной целостности радиационные магнитные кольца формируются как единое целое, а сегментированные магнитные плитки собираются из множества независимых магнитных блоков.
С точки зрения однородности магнитного поля радиационные магнитные кольца имеют непрерывное распределение магнитного поля с синусоидальной формой волны и небольшими переходными зонами между магнитными полюсами, тогда как сегментированные магнитные плитки демонстрируют очевидные искажения магнитного поля и локальные зоны слабости.
Сложность сборки также является важным фактором. Процесс сборки радиационных колец упрощен и исключает более десяти этапов, таких как резка магнитной плитки, ее позиционирование и склеивание. Напротив, сегментированные магнитные плитки требуют сложных процессов сборки и нескольких этапов обработки.
С точки зрения структурной прочности радиационные кольца спекаются целиком, что устраняет недостатки физического соединения, возникающие в результате сращивания или склеивания, и демонстрирует превосходную ударопрочность и вибростойкость. Для сравнения, сегментированные магнитные плитки имеют недостатки физического соединения.
С точки зрения экономической эффективности , хотя радиационные кольца имеют более высокие первоначальные производственные затраты, они дают значительные преимущества в стоимости жизненного цикла. Сегментированные магнитные плитки, с другой стороны, страдают от долгосрочных недостатков стоимости из-за сложных процессов и ограничений производительности.
Кроме того, с точки зрения производительности двигателя , радиационные кольца значительно улучшают синусоидальность магнитного поля воздушного зазора двигателя, снижая рабочий шум и вибрацию. Однако сегментированные магнитные плитки вызывают нестабильную работу двигателя и повышенный шум из-за искажений магнитного поля и зазоров между плитками.
03 Техническая классификация и производственные процессы
Радиационные магнитные кольца NdFeB можно разделить на несколько типов в зависимости от методов производства: склеенные радиационные магнитные кольца NdFeB, радиационные магнитные кольца NdFeB, полученные горячей экструзией, и радиационные магнитные кольца NdFeB, спеченные порошковой металлургией.
Процесс склеивания является относительно зрелым и недорогим, поэтому наибольшая доля производства приходится на склеенные радиационные кольца NdFeB. Однако склеенные магнитные кольца имеют меньшую плотность и производительность, что ограничивает их развитие в сценариях применения высокого класса.
Напротив, высокоэффективные спеченные и горячепрессованные/горячедеформированные радиационно-деформированные магнитные кольца NdFeB обеспечивают более высокие магнитные характеристики, но сталкиваются с более серьезными техническими проблемами. Из-за значительных различий в коэффициентах усадки и коэффициентах теплового расширения между направлениями оси легкого намагничивания и оси тяжелого намагничивания зерен NdFeB эти магнитные кольца склонны к фрагментации во время подготовки, намагничивания и сборки, что приводит к низким показателям готовой продукции и, как правило, к более высоким ценам.
04 Многодоменные приложения
Магнитные кольца NdFeB продемонстрировали широкие перспективы применения во многих высокотехнологичных областях. В области промышленной автоматизации радиационные кольца особенно подходят для высокоскоростных и высокоточных двигателей управления, таких как серводвигатели и промышленные роботы.
Разработанные внутри страны радиационные многополюсные магнитные кольца прошли пилотные испытания и успешно применяются в проектах серводвигателей последующих предприятий, преодолевая долгосрочную зависимость от импортных серводвигателей в Китае. Согласно испытаниям, двигатели, использующие такие магнитные кольца, демонстрируют прирост мощности как минимум на 10% по сравнению с традиционными решениями из магнитных плиток.
В области сенсорных технологий магнитные кольца NdFeB также играют важную роль. Исследователи из Института физических наук Хэфэй Китайской академии наук разработали датчик спектроскопии вращения Фарадея на основе кольцевой матрицы постоянных магнитов NdFeB для обнаружения таких газов, как оксид азота и диоксид азота.
В этом датчике используются 14 идентичных колец постоянных магнитов NdFeB, расположенных неэквидистантно для создания стабильного статического магнитного поля со средней напряженностью магнитного поля, достигающей 346 Гаусс. По сравнению с традиционными решениями с электромагнитными катушками это значительно снижает энергопотребление.
В автомобильной промышленности и производстве высококачественного оборудования , благодаря развитию технологий автоматизации оборудования, прецизионного проектирования и производства двигателей с постоянными магнитами, высокопроизводительные серводвигатели с постоянными магнитами, в которых используются спеченные многополюсные радиационные магнитные кольца NdFeB, имеют широкие перспективы применения в автомобилях, станках с ЧПУ, бытовой технике, компьютерах, роботах и других областях.
05 Технологические проблемы и будущие тенденции
Технология радиационных колец NdFeB сталкивается с множеством проблем, наиболее заметной из которых является технология сложной подготовки . Материалы NdFeB склонны к фрагментации во время подготовки, намагничивания и сборки, что приводит к низким показателям готовой продукции и, как правило, к более высоким ценам.
Ограничения по размеру также являются серьезной проблемой. Радиационные кольца горячего прессования в основном представляют собой тонкостенные магнитные кольца с диаметром в основном менее 30 мм и толщиной стенок менее 3 мм. Хотя спеченные радиационные кольца могут быть изготовлены с внешним диаметром более 200 мм, на рынке они в основном ограничены магнитными кольцами малого диаметра с внешним диаметром менее 100 мм из-за ограничений по утвержденным ценам и стоимости.
Однако Китай догоняет в этой области. Исследование определенной группы «Компонент кольца с постоянным магнитом и метод его изготовления» получило национальный патент на изобретение.
Поскольку процесс спекания радиационных магнитных колец NdFeB продолжает оптимизироваться и совершенствоваться, особенно с дальнейшей разработкой и оптимизацией конструкции ориентационного магнитного поля и методов ориентации, ожидается, что эта технология достигнет больших прорывов в ближайшие годы.
Изделия с радиационным кольцом SDM широко используются в высокопроизводительных двигателях с постоянными магнитами, прецизионных датчиках и других областях с высокими требованиями к стабильности магнитного поля.
