Zgjedhja e temperaturës së çmagnetizimit të magnetit të rotorit me fluks boshtor: Temperatura është subjekti i parë i përzgjedhjes

Gabimi më i zakonshëm në zgjedhjen e magnetit për motorët me fluks boshtor duhet të fillojnë nga tabela e notave: së pari shikoni remanencën, më pas temperaturën maksimale të funksionimit dhe zgjidhni një notë që është 'mjaft e mirë' për ta vendosur në BOM. Por në një strukturë me fluks boshtor, ky rend është saktësisht i kundërt. Temperatura e magnetit të rotorit nuk përcaktohet nga vetë magneti; i imponohet magnetit nga topologjia, ftohja dhe kushtet e funksionimit. Pika e vërtetë e fillimit të përzgjedhjes është të pyesësh qartë:  në rastin më të keq në të cilin mbivendosen qarku i shkurtër, mbingarkesa dhe pikat e nxehta, sa i nxehtë do të bëhet magneti dhe a mund t'i rezistojë ende fushës magnetike të kundërt në atë temperaturë?

Rreziku i çmagnetizimit të fluksit boshtor është 'shkruar' në strukturë

Pika e shitjes së motorëve me fluks boshtor është e qartë: me të njëjtën fuqi, pesha dhe gjatësia boshtore mund të përgjysmohen në krahasim me motorët radialë. Por kjo kompaktësi vjen me një kosto termike.

Në një topologji me një rotor me dy stator, rotori vendoset midis dy statorëve, kështu që zona e kontaktit të drejtpërdrejtë midis rotorit dhe ajrit zvogëlohet shumë, dhe rruga e shpërndarjes së nxehtësisë është në thelb e ngushtë. Në të njëjtën kohë, vetë magnetët gjenerojnë humbje të rrymës vorbull në fushën magnetike alternative, dhe kjo nxehtësi lëshohet direkt brenda magnetëve të përhershëm. Rrezatimi termik nga statorët e mbivendosur në vetë-ngrohjen e rotorit e bën të lehtë që temperatura e magnetit të afrohet apo edhe të kalojë kufirin e rrezikshëm në kushte të vazhdueshme të fuqisë së lartë. Një gjykim i përsëritur në analizat e industrisë është se struktura sanduiç dhe densiteti i lartë i fuqisë së motorëve me fluks boshtor çojnë në kapacitet termik jashtëzakonisht të ulët, duke i bërë magnetët e rotorit 'shumë të prirur ndaj mbinxehjes'.

Prandaj, zgjedhja e magnetit për fluksin boshtor nuk mund të kopjojë thjesht përvojën e motorëve radialë. Intuita në motorët radialë se 'rotori ftohet përmes boshtit dhe ajri në skajet' në thelb dështon në një topologji të tipit disku.

Çfarë ndodh në të vërtetë në çmagnetizim: Kufiri ndërmjet të kthyeshëm dhe të pakthyeshëm

Për të kuptuar përzgjedhjen, duhet të kuptohen vetëm dy koncepte të temperaturës.

Demagnetizimi i kthyeshëm  është 'prishja termike' normale e një magneti. Me rritjen e temperaturës, remanenca zvogëlohet në mënyrë lineare dhe rikuperohet pas ftohjes, pa dëmtime të përhershme. NdFeB kryesisht funksionon në këtë interval nën 120°C. Problemi shfaqet mbi 120°C: pjerrësia e prishjes së kthyeshme bëhet më e rëndësishme dhe më kritike,  kufiri i demagnetizimit të pakthyeshëm shtyhet më afër..

Kriteri fizik për demagnetizimin e pakthyeshëm është  pika e gjurit . Kurba e demagnetizimit ka një pikë lakimi në kuadrantin e dytë. Pikat e operimit mbi pikën e gjurit janë të sigurta; sapo një fushë magnetike e kundërt e jashtme shtyn pikën e funksionimit poshtë pikës së gjurit, magneti nuk mund të kthehet pasi të hiqet fusha e jashtme dhe remanenca pëson humbje të përhershme. Pasoja e rritjes së temperaturës është e dyfishtë: remanenca zvogëlohet dhe në të njëjtën kohë  pika e gjurit lëviz djathtas (drejt fushës magnetike më të ulët) , që do të thotë se e njëjta fushë magnetike e kundërt ka më shumë gjasa të kalojë pikën e gjurit në temperaturë të lartë. Për NdFeB, praktika inxhinierike përgjithësisht trajton  rreth 150°C si rajonin kritik për demagnetizimin e pakthyeshëm ; mbi këtë nivel, rreziku i humbjes së plotë të performancës magnetike nuk është më një ngjarje e papërfillshme me probabilitet të vogël.

Prapashtesa e shkronjës së një grade magneti në thelb specifikon  temperaturën në të cilën pika e gjurit mund të mbetet ende mjaft larg djathtas . Korrespondencat e zakonshme janë: SH korrespondon me rreth 150°C, UH me 180°C, EH me 200°C dhe AH me 220°C. Por ka një pikë që lexohet shumë lehtë: temperatura e treguar nga prapashtesa është rezistenca ndaj temperaturës së materialit në  kushte specifike të kalibrimit të koeficientit të përshkueshmërisë , jo 'temperatura maksimale e funksionimit' që magneti merr automatikisht pasi është instaluar në motor. I njëjti magnet UH mund të funksionojë vazhdimisht në 130°C në një prototip të ftohur mirë, por në një pjesë të prodhimit masiv me ftohje të pamjaftueshme sanduiçësh, pika e nxehtë mund të rritet drejtpërdrejt mbi 170°C.

Samarium Cobalt: Opsioni i kthimit, por kostoja duhet të llogaritet qartë

Kur kufiri i temperaturës së NdFeB është vërtet i pamjaftueshëm, SmCo është një alternativë e pashmangshme në inxhinieri. SmCo ka rezistencë dukshëm më të lartë ndaj temperaturës; shumë nota mund të përdoren në aplikime në nivelin  350°C  , dhe temperatura Curie është gjithashtu në intervalin 700-850°C, shumë më e lartë se 310-350°C e NdFeB. Në rajonin me temperaturë të lartë, pjerrësia e kurbës së çmagnetizimit të pakthyeshëm të SmCo me temperaturë është gjithashtu shumë më e sheshtë se ajo e NdFeB.

Por kostoja e SmCo duhet të vihet në tavolinë në të njëjtën kohë. Remanenca e tij tipike është në intervalin  0,95-1,1 T  , ndërsa NdFeB mund të arrijë 1,1-1,4 T; produkti maksimal i energjisë është zakonisht  25%-30%  më i ulët se ai i NdFeB. Kjo do të thotë që për të arritur të njëjtën densitet të fluksit të boshllëkut të ajrit, magnetët SmCo duhet të jenë më të trashë dhe më të rëndë, gjë që nga ana tjetër cenon hapësirën tashmë të ngushtë boshtore të makinave me fluks boshtor dhe madje mund të rrisë inercinë e rotorit dhe humbjet e rrymës vorbull. SmCo është gjithashtu më e shtrenjtë dhe maturimi i zinxhirit të furnizimit dhe fleksibiliteti i ofrimit nuk janë aq të mira sa ato të NdFeB. Prandaj, nëse kontrolli termik tregon qartë se 'edhe NdFeB i përmirësuar në EH/AH nuk mund të qëndrojë',  përdorimi i SmCo për të 'blerë' marzhin e temperaturës është shpesh një transaksion i paguar tre herë në peshë, kosto dhe densitet të energjisë..

Rendi i saktë i përzgjedhjes: Gjeni notën nga temperatura e magnetit

Një proces veprues i zgjedhjes së magnetit të bazuar në temperaturë për fluksin boshtor duhet të ndjekë rendin e mëposhtëm, në vend që të fillojë nga tabela e notave.

Hapi 1: Përcaktoni fillimisht ftohjen, më pas diskutoni shkallën.  Metoda e ftohjes së rotorit të një makinerie me fluks boshtor përcakton drejtpërdrejt 'dyshemenë' e temperaturës së magnetit. Ftohja e ajrit është e thjeshtë dhe ka humbje të ulëta parazitare, por përçueshmëria termike dhe kapaciteti specifik i nxehtësisë së ajrit janë të kufizuara dhe aftësia ftohëse varet fuqishëm nga shpejtësia dhe mjedisi. Ftohja e vajit pritet shumë në fluksin aksial; të dhënat eksperimentale tregojnë se një skemë e arsyeshme e ftohjes së vajit mund të zvogëlojë temperaturën maksimale me  15–20°C  më shumë se ftohja e ujit të pastër, por ftohja e vajit 'mbartja e nxehtësisë' nuk është e barabartë me 'eliminimin e nxehtësisë'. Diferenca e temperaturës midis skajit dhe qendrës së një strukture të llojit disku mund të arrijë ende  30-50 K , dhe objekti i zbulimit të pikës së nxehtë të rrjetit është verifikimi i pikës së nxehtë lokale. Përpara se skema e ftohjes të ngrihet, çdo përzgjedhjeje e klasës i mungon një premisë e besueshme.

Hapi 2: Vendosni gjendjen e qarkut të shkurtër në kontrollin e temperaturës.  Temperatura në funksionim normal është vetëm bazë. Verifikimi i çmagnetizimit duhet të mbulojë fushën magnetike të kundërt të krijuar nga një defekt i kontrolluesit ose qark i shkurtër i dredha-dredha dhe ky kontroll duhet të kryhet në  temperaturën më të lartë që mund të arrijë magneti në atë kusht . Kriteri i projektimit në literaturë është i drejtpërdrejtë: trashësia e magnetit duhet të zgjidhet për të shmangur demagnetizimin e pakthyeshëm pas një rryme të qarkut të shkurtër trefazor në temperaturën më të ulët. Në përgjithësi, është e nevojshme të konfirmohet se pika e funksionimit nuk bie nën pikën e gjurit në mbivendosjen e temperaturës më të keqe dhe fushës më të keqe demagnetizuese.

Hapi 3: Përdorni 'temperatura aktuale e magnetit + fushë demagnetizuese e qarkut të shkurtër' për të kontrolluar prapashtesën e shkallës.  Nëse temperatura e pikës së nxehtë të magnetit e dhënë nga skema e ftohjes dhe dizajni elektromagnetik është në rendin  140–150°C dhe fusha e demagnetizimit të qarkut të shkurtër nuk është e rëndë, SH mund të hyjë në listën e kandidatëve; sapo pika e nxehtë afrohet ose tejkalon  160°C , UH është një pikënisje më e besueshme; kur pika e nxehtë arrin  mbi 180°C , EH ose edhe notat më të larta duhet të vlerësohen seriozisht, ose vetë dizajni i ftohjes duhet të rishikohet. Logjika këtu është:  prapashtesa nuk është një 'niveli i performancës', por një 'niveli i aftësisë për të ruajtur pikën e gjurit në një temperaturë të caktuar.'  Kostoja e shkallëve të prapashtesës më të lartë (UH/EH) është zakonisht një remanencë pak më e ulët ose një shtesë më e lartë e tokës së rrallë; nuk është sigurim falas.

Hapi 4: Përdorni segmentimin e rotorit dhe gjeometrinë e magnetit për të 'lehtësuar ngarkesën' në temperaturë.  Zgjedhja e magnetit nuk është një vendim material i izoluar. Humbja e rrymës vorbull e magneteve të rotorit me fluks boshtor lidhet drejtpërdrejt me gjatësinë e rrugës së rrymës vorbull dhe sipërfaqen e sipërfaqes së magnetit, dhe segmentimi me magnet të përhershëm është një mjet efektiv për të reduktuar humbjen e rrymës vorbull dhe për të shtypur rritjen e temperaturës. Kur nota është përcaktuar tashmë dhe diferenca e temperaturës është e ngushtë, zvogëlimi i gjenerimit të nxehtësisë së magnetit nëpërmjet optimizimit të segmentimit ndonjëherë është më ekonomik sesa thjesht ngritja e prapashtesës së notës me një nivel, dhe është gjithashtu më e favorshme për ruajtjen e densitetit të çift rrotullues.

Një Linjë Gjykimi Praktik

Nëse ky artikull do të ngjeshet në një fjali për të sjellë në një rishikim të projektimit, ai është:  shkalla e një magneti të rotorit me fluks boshtor nuk duhet të 'zgjidhet'; duhet të 'llogaritet'—së pari përdorni kushtet e ftohjes dhe të qarkut të shkurtër për të llogaritur temperaturën që do të arrijë magneti, më pas përdorni atë temperaturë për të kërkuar pikën e gjurit dhe në fund vendoseni në prapashtesën.

Për NdFeB,  120°C  është pika e vëzhgimit në të cilën zbërthimi i kthyeshëm fillon të bëhet i rëndësishëm dhe rreth  150°C  është rajoni ku rreziku i çmagnetizimit të pakthyeshëm hyn në nivelin që duhet verifikuar seriozisht. Këta dy numra nuk janë 'temperatura maksimale e funksionimit' në tabelën e notave; përkundrazi, ata u kujtojnë projektuesve se në strukturën sanduiç të fluksit boshtor, diferenca e temperaturës zhduket më shpejt sesa në makinat radiale. Trajtimi i temperaturës si subjekt i përzgjedhjes dhe jo si objekt i notës është ajo që e pengon demagnetizimin të kthehet nga një problem material në një hendek sistematik të besueshmërisë.