'Vrasësi me temperaturë të lartë' i motorëve rrotullues pa kornizë: Sa serioz është rreziku i çmagnetizimit të magnetit?

Në skenarët e kontrollit të lëvizjes me performancë të lartë si nyjet e robotëve, krahët robotikë bashkëpunues dhe tavolinat rrotulluese me drejtim të drejtpërdrejtë, Motorët me çift rrotullues pa kornizë po bëhen gjithnjë e më të zakonshëm. Ata nuk kanë strehë, nuk kanë kushineta—në thelb një bërthamë fuqie 'rotor i zhveshur + stator' që është i ngulitur drejtpërdrejt në strukturën mekanike, duke ofruar densitet të lartë çift rrotullues, ngurtësi të lartë dhe një gjurmë kompakte.

Megjithatë, shumë inxhinierë anashkalojnë një rrezik të mundshëm gjatë përzgjedhjes dhe përdorimit:  çmagnetizimi i pakthyeshëm i magnetëve të përhershëm në temperatura të larta . Pasi të ndodhë çmagnetizimi, motori përjeton rënie të çift rrotullues, rritje të ngrohjes dhe madje mund ta lërë të gjithë nyjen 'të dobët'.

I. Cilat janë magnetet në një motor rrotullues pa kornizë?

Motorët me çift rrotullues pa korniza janë zakonisht motorë sinkron me magnet të përhershëm, me magnet të përhershëm me performancë të lartë - zakonisht të referuar si 'magnet' - të montuar në ose brenda sipërfaqes së rotorit.

Materiali kryesor i magnetit i përdorur sot është  neodymium-hekur-bor (NdFeB) , për shkak të performancës së tij të jashtëzakonshme magnetike, i aftë për të gjeneruar fluks të lartë të hapësirës ajrore në një vëllim shumë të vogël - ideal për motorët me çift rrotullues pa kornizë që kërkojnë densitet çift rrotullues jashtëzakonisht të lartë.

Por NdFeB ka një dobësi të natyrshme:  rezistencë relativisht e dobët ndaj nxehtësisë.

II. Si ndodh demagnetizimi në temperaturë të lartë?

Magnetizmi i magnetëve të përhershëm nuk është vërtet 'i përhershëm'. Kur temperatura rritet në një nivel të caktuar, rreshtimi i domeneve magnetike brenda magnetit bëhet i paqëndrueshëm dhe forca magnetike zvogëlohet gradualisht.

Demagnetizimi ndahet në dy lloje:

1. Demagnetizimi i kthyeshëm

Forca magnetike zvogëlohet përkohësisht me rritjen e temperaturës, por rikuperohet kur temperatura bie. Ky lloj është llogaritur tashmë në dizajnin e motorit dhe zakonisht nuk është problem për sa kohë që kufijtë nuk tejkalohen.

2. Demagnetizimi i pakthyeshëm

Nëse temperatura tejkalon kufirin e tolerancës së magnetit, ose nëse një fushë e fortë çmagnetizuese aplikohet në temperatura të larta, disa fusha magnetike ndërpriten përgjithmonë dhe magnetizmi nuk mund të rikuperohet plotësisht edhe pasi temperatura të kthehet në normale. Ky është  çmagnetizimi i përhershëm  për të cilin jemi më të shqetësuar.

Për magnetët e zakonshëm NdFeB, temperatura kritike për demagnetizimin e pakthyeshëm është zakonisht midis  80°C dhe 150°C , në varësi të shkallës së magnetit. Në motorët me çift rrotullues pa kornizë, për shkak të strukturës së tyre kompakte dhe shpërndarjes së dobët të nxehtësisë, temperaturat lokale mund ta tejkalojnë lehtësisht këtë interval gjatë funksionimit.

III. Pse motorët me çift rrotullues pa kornizë janë më të ndjeshëm ndaj demagnetizimit në temperaturë të lartë?

Krahasuar me motorët me shtëpi tradicionale, motorët me çift rrotullues pa kornizë kanë disa 'kurthe të temperaturës së lartë':

1. Struktura kompakte, shtigje të dobëta të shpërndarjes së nxehtësisë

Motorët pa kornizë janë të ngulitur direkt në strukturën mekanike, me zonë të kufizuar kontakti midis statorit dhe strehës, duke e bërë të vështirë nxjerrjen e nxehtësisë. Shumë nyje robotike kanë hapësira të mbyllura dhe mbështeten vetëm në konvekcion natyral ose përçueshmëri të thjeshtë termike, duke shkaktuar rritje të temperaturave të brendshme.

2. Dendësia e lartë e çift rrotullues nënkupton densitet të lartë të rrymës

Për të dhënë çift rrotullues të lartë brenda një vëllimi të kufizuar, motorët me çift rrotullues pa kornizë shpesh funksionojnë me densitet të lartë të rrymës. Humbjet e bakrit janë proporcionale me katrorin e rrymës, duke gjeneruar nxehtësi të konsiderueshme.

3. Kushtet e shpeshta të mbingarkesës

Gjatë nisjes, ndalimeve emergjente, mbrojtjes nga përplasjet dhe skenarëve të mbajtjes së ngarkesës, rrymat e motorit mund të arrijnë për momentin 2–3 herë më shumë se vlera e vlerësuar, duke shkaktuar rritje të shpejtë të temperaturës.

4. Magnetët ekspozohen drejtpërdrejt ndaj burimeve të nxehtësisë aty pranë

Magnetët e rotorit janë në afërsi të mbështjelljes së statorit. Nxehtësia nga statori rrezatohet dhe përcillet nëpër hendekun e ajrit në rotor, dhe temperatura e magnetit mund të afrohet ose edhe të tejkalojë temperaturën e mbështjelljes.

IV. Pasojat e demagnetizimit në temperaturë të lartë

Pasi të ndodhë çmagnetizimi i pakthyeshëm, motori shfaq një sërë problemesh:

•  Konstanta e çift rrotullimit zvogëlohet : Për të njëjtën rrymë, çift rrotullimi i daljes bie.

• Zvogëlohet EMF i pasëm : Kurba karakteristike e motorit ndryshon, duke zvogëluar saktësinë e kontrollit.

• Rryma rritet më tej për të ruajtur çift rrotullues : Duke çuar në më shumë ngrohje - një cikël vicioz.

• Efikasiteti i sistemit bie : Konsumi më i lartë i energjisë, përkeqësimi i jetëgjatësisë së baterisë ose konsumi i përgjithshëm i energjisë.

• Ngurtësia e nyjeve dobësohet : Për robotët, saktësia e pozicionimit dhe kapaciteti i ngarkesës preken të dyja.

Ajo që e bën më keq është se ky degradim është gradual dhe i pakthyeshëm. Përdoruesit mund të vërejnë vetëm se 'motori ndihet më pak i fuqishëm' me kalimin e kohës, pa qenë në gjendje të identifikojnë një defekt të dukshëm.

V. Si të zvogëlohet rreziku i demagnetizimit të magnetit në temperaturë të lartë?

Lajmi i mirë është se përmes përzgjedhjes, projektimit dhe strategjive të duhura të kontrollit, rreziku mund të zbutet ndjeshëm.

1. Zgjidhni magnet me nota më të larta të temperaturës

Magnetët NdFeB vijnë në shkallë të ndryshme të temperaturës, zakonisht N, M, H, SH, UH, EH, etj. Sa më e madhe të jetë shkronja në alfabet, aq më e lartë është aftësia e temperaturës. Për shembull:

•  Seria N: temperatura maksimale e funksionimit 80°C

• Seria H: 120°C

• Seria SH: 150°C

•  Seria UH: 180°C

•  Seria EH: 200°C

Për motorët me çift rrotullues pa kornizë, veçanërisht në aplikimet e nyjeve robotike, rekomandohet të zgjidhni të paktën  shkallën SH ose më të lartë , dhe kur është e mundur, UH ose EH.

2. Kushtojini vëmendje 'lakores së demagnetizimit' dhe pikës së gjurit

Gjatë projektimit të motorit, pika e funksionimit të magnetit duhet të qëndrojë shumë larg nga 'pika e gjurit' në kurbën e demagnetizimit. Nën temperaturën maksimale të funksionimit dhe rrymën maksimale të çmagnetizimit, magneti duhet të vazhdojë të funksionojë në rajonin e sigurt. Kur zgjidhni, kërkoni nga prodhuesi të ofrojë kthesa demagnetizimi dhe të dhëna simulimi në temperatura të ndryshme.

3. Rritja e menaxhimit termik

• Përdorni yndyrë termike ose jastëkë termikë midis statorit dhe strehës.

• Hartoni shtigjet e duhura të shpërndarjes së nxehtësisë, duke shtuar ajër të detyruar ose ftohje të lëngshme nëse është e nevojshme.

• Vendosni sensorët e temperaturës brenda motorit ose afër mbështjelljeve.

• Shmangni funksionimin e zgjatur me ngarkesë të plotë të motorit në mjedise me temperaturë të lartë.

4. Kontrolloni kohëzgjatjen e rrymës dhe mbingarkesës

Kufizoni rrymën dhe kohëzgjatjen e pikut nëpërmjet makinës për të shmangur mbingarkimin e zgjatur. Për aplikimet që kërkojnë çift rrotullues të qëndrueshëm mbajtës, merrni parasysh reduktimin e rrymës së mbajtjes ose përdorimin e frenave mekanike si ndihmë.

5. Shmangni kombinimin 'stall + rrymë e lartë'.

Gjatë ngecjes, EMF e pasme është zero dhe e gjithë rryma konvertohet në nxehtësi - ky është një nga skenarët me rrezik më të lartë për demagnetizimin. Dizajni i sistemit duhet të shmangë kushtet e zgjatura të stallës ose të zbatojë mbrojtjen e stallës.

6. Monitoroni rregullisht gjendjen e motorit

Duke monitoruar parametra të tillë si konstantja prapa-EMF, rryma pa ngarkesë dhe rritja e temperaturës, mund të përcaktoni në mënyrë indirekte nëse ka ndodhur demagnetizimi. Sistemet e nivelit të lartë mund të përfshijnë vlerësimin e gjendjes në internet të bazuar në model.

VI. Përmbledhje

Demagnetizimi në temperaturë të lartë i magneteve në motorët me çift rrotullues pa kornizë është një rrezik 'i padukshëm, por vdekjeprurës'. Nuk është aq i dukshëm sa një bosht i thyer ose dredha-dredha e djegur, megjithatë ai i heq motorit në mënyrë të fshehtë çift rrotullues dhe saktësi.

Për aplikime të tilla si robotika, tavolinat rrotulluese CNC dhe nyjet me lëvizje direkte,  shpenzimi pak më shumë në magnet të shkallës së temperaturës së lartë gjatë përzgjedhjes, lënia e diferencës termike shtesë në dizajn dhe shtimi i një mbrojtjeje më shumë nga mbingarkesa në kontroll,  shpesh mund të parandalojë degradimin e ndjeshëm të performancës dhe problemet pas shitjes në rrugë.