Axial-flux Rotor Magnet Demagnetization درجہ حرارت کا انتخاب: درجہ حرارت انتخاب کا پہلا موضوع ہے

کے لیے مقناطیس کے انتخاب میں سب سے عام غلطی axial-flux motors کو گریڈ ٹیبل سے شروع کرنا ہے: پہلے remanence دیکھیں، پھر زیادہ سے زیادہ آپریٹنگ درجہ حرارت پر، اور BOM میں ڈالنے کے لیے 'کافی اچھا' گریڈ چنیں۔ لیکن محوری بہاؤ کی ساخت میں، یہ ترتیب بالکل الٹ ہے۔ روٹر مقناطیس کے درجہ حرارت کا تعین خود مقناطیس سے نہیں ہوتا ہے۔ یہ مقناطیس پر ٹوپولوجی، کولنگ، اور آپریٹنگ حالات کے ذریعہ لگایا جاتا ہے۔ انتخاب کا اصل نقطہ آغاز واضح طور پر پوچھنا ہے:  بدترین صورت میں جس میں شارٹ سرکٹ، اوورلوڈ، اور گرم دھبوں کو سپرمپوز کرتے ہیں، مقناطیس کتنا گرم ہو جائے گا، اور کیا یہ اب بھی اس درجہ حرارت پر ریورس مقناطیسی میدان کو برداشت کر سکتا ہے؟

محوری بہاؤ کے ڈی میگنیٹائزیشن کا خطرہ ساخت میں 'لکھا ہوا' ہے۔

محوری فلکس موٹرز کی فروخت کا نقطہ واضح ہے: ایک ہی طاقت پر، ریڈیل موٹرز کے مقابلے وزن اور محوری لمبائی کو نصف کیا جا سکتا ہے۔ لیکن یہ کمپیکٹنس تھرمل قیمت پر آتا ہے۔

ڈبل سٹیٹر سنگل روٹر ٹوپولوجی میں، روٹر کو دو سٹیٹرز کے درمیان سینڈویچ کیا جاتا ہے، لہذا روٹر اور ہوا کے درمیان براہ راست رابطہ کا علاقہ بہت کم ہو جاتا ہے، اور حرارت کی کھپت کا راستہ فطری طور پر تنگ ہوتا ہے۔ ایک ہی وقت میں، میگنےٹ خود متبادل مقناطیسی میدان میں ایڈی کرنٹ نقصانات پیدا کرتے ہیں، اور یہ حرارت براہ راست مستقل میگنےٹ کے اندر خارج ہوتی ہے۔ روٹر کی خود کو گرم کرنے والے سٹیٹرز سے تھرمل ریڈی ایشن مقناطیس کے درجہ حرارت کے لیے مسلسل ہائی پاور حالات میں خطرناک حد کو عبور کرنا آسان بناتی ہے۔ صنعت کے تجزیوں میں ایک بار بار آنے والا فیصلہ یہ ہے کہ سینڈوچ کی ساخت اور محوری فلوکس موٹرز کی اعلی طاقت کی کثافت انتہائی کم تھرمل صلاحیت کا باعث بنتی ہے، جس سے روٹر میگنےٹ 'زیادہ گرم ہونے کا خطرہ‘ بنتے ہیں۔

لہذا، محوری بہاؤ کے لیے مقناطیس کا انتخاب محض ریڈیل موٹرز کے تجربے کی نقل نہیں کر سکتا۔ ریڈیل موٹرز میں وجدان کہ 'روٹر کو شافٹ کے ذریعے ٹھنڈا کیا جاتا ہے اور سرے پر ہوا' بنیادی طور پر ڈسک کی قسم کی ٹوپولوجی میں ناکام ہوجاتی ہے۔

ڈی میگنیٹائزیشن میں اصل میں کیا ہوتا ہے: ناقابل واپسی اور ناقابل واپسی کے درمیان حد

انتخاب کو سمجھنے کے لیے، صرف دو درجہ حرارت کے تصورات کو سمجھنے کی ضرورت ہے۔

ریورس ایبل ڈی میگنیٹائزیشن  مقناطیس کا نارمل 'تھرمل ڈے' ہے۔ جیسے جیسے درجہ حرارت بڑھتا ہے، ریماننس لکیری طور پر کم ہو جاتا ہے، اور یہ ٹھنڈا ہونے کے بعد، مستقل نقصان کے بغیر ٹھیک ہو جاتا ہے۔ NdFeB بنیادی طور پر 120 ° C سے کم اس حد میں کام کرتا ہے۔ مسئلہ 120 ڈگری سینٹی گریڈ سے اوپر ظاہر ہوتا ہے: الٹ جانے والی کشی کی ڈھلوان زیادہ اہم ہو جاتی ہے، اور زیادہ تنقیدی طور پر،  ناقابل واپسی ڈی میگنیٹائزیشن کی حد کو قریب دھکیل دیا جاتا ہے۔.

ناقابل واپسی ڈی میگنیٹائزیشن کا جسمانی معیار  گھٹنے کا نقطہ ہے ۔ ڈی میگنیٹائزیشن وکر دوسرے کواڈرینٹ میں ایک انفلیکشن پوائنٹ رکھتا ہے۔ گھٹنے کے اوپر کے آپریٹنگ پوائنٹس محفوظ ہیں۔ ایک بار جب کوئی بیرونی ریورس مقناطیسی فیلڈ آپریٹنگ پوائنٹ کو گھٹنے کے نقطہ سے نیچے دھکیلتا ہے تو، بیرونی فیلڈ کو ہٹانے کے بعد مقناطیس واپس نہیں آسکتا، اور ریماننس کو مستقل نقصان کا سامنا کرنا پڑتا ہے۔ بڑھتے ہوئے درجہ حرارت کا نتیجہ دوگنا ہوتا ہے: باقیات میں کمی آتی ہے، اور اسی وقت  گھٹنے کا نقطہ دائیں طرف بڑھتا ہے (نچلے مقناطیسی میدان کی طرف) ، یعنی اسی ریورس مقناطیسی فیلڈ کے زیادہ درجہ حرارت پر گھٹنے کے نقطہ کو عبور کرنے کا امکان زیادہ ہوتا ہے۔ NdFeB کے لیے، انجینئرنگ پریکٹس عام طور پر  تقریباً 150°C کو ناقابل واپسی ڈی میگنیٹائزیشن کے لیے اہم خطہ سمجھتی ہے ۔ اس سطح سے اوپر، مقناطیسی کارکردگی کے مکمل طور پر ضائع ہونے کا خطرہ اب نہ ہونے کے برابر چھوٹا امکان واقعہ نہیں ہے۔

مقناطیس کے درجے کا حرف لاحقہ بنیادی طور پر  اس درجہ حرارت کی وضاحت کرتا ہے جس پر گھٹنے کا نقطہ اب بھی دائیں جانب کافی حد تک رہ سکتا ہے ۔ عام خط و کتابت یہ ہیں: SH تقریباً 150°C، UH سے 180°C، EH سے 200°C، اور AH سے 220°C کے مساوی ہے۔ لیکن ایک نقطہ ہے جو بہت آسانی سے غلط پڑھا جاتا ہے: لاحقہ کے ذریعہ اشارہ کیا گیا درجہ حرارت  مخصوص پارمینس گتانک کیلیبریشن شرائط کے تحت مواد کی درجہ حرارت کی مزاحمت ہے ، نہ کہ 'زیادہ سے زیادہ آپریٹنگ درجہ حرارت' جو مقناطیس موٹر میں نصب ہونے کے بعد خود بخود حاصل کرتا ہے۔ ایک ہی UH مقناطیس اچھی طرح سے ٹھنڈے ہوئے پروٹو ٹائپ میں 130°C پر مسلسل چل سکتا ہے، لیکن سینڈویچ کی ناکافی کولنگ کے ساتھ بڑے پیمانے پر پیداوار والے حصے میں، گرم جگہ براہ راست 170°C سے اوپر بڑھ سکتی ہے۔

سماریم کوبالٹ: فال بیک آپشن، لیکن لاگت کا واضح طور پر حساب کیا جانا چاہیے۔

جب NdFeB کا درجہ حرارت کا مارجن واقعی ناکافی ہے، SmCo انجینئرنگ میں ایک ناگزیر متبادل ہے۔ SmCo میں نمایاں طور پر زیادہ درجہ حرارت کی مزاحمت ہے؛ ایپلی کیشنز میں پر بہت سے درجات استعمال کیے جا سکتے ہیں  350°C کی سطح  ، اور کیوری کا درجہ حرارت بھی 700–850°C کی حد میں ہے، جو NdFeB کے 310–350°C سے کہیں زیادہ ہے۔ اعلی درجہ حرارت والے خطے میں، درجہ حرارت کے ساتھ SmCo کے ناقابل واپسی ڈی میگنیٹائزیشن وکر کی ڈھلوان بھی NdFeB کے مقابلے میں زیادہ چاپلوسی ہے۔

لیکن SmCo کی قیمت ایک ہی وقت میں میز پر رکھی جانی چاہئے۔ اس کا عام ریماننس میں ہے  0.95–1.1 T رینج  ، جبکہ NdFeB 1.1–1.4 T تک پہنچ سکتا ہے۔ زیادہ سے زیادہ توانائی کی مصنوعات عام طور پر  25%–30% کم ہوتی ہے۔  NdFeB سے اس کا مطلب ہے کہ اسی ایئر گیپ فلوکس کثافت کو حاصل کرنے کے لیے، SmCo میگنےٹ کو زیادہ موٹا اور بھاری ہونا ضروری ہے، جو کہ محوری فلوکس مشینوں کی پہلے سے ہی تنگ محوری جگہ پر تجاوز کرتا ہے اور روٹر کی جڑنا اور ایڈی کرنٹ کے نقصانات کو بھی بڑھا سکتا ہے۔ SmCo بھی زیادہ مہنگا ہے، اور اس کی سپلائی چین کی پختگی اور ترسیل کی لچک اتنی اچھی نہیں ہے جتنی NdFeB کی ہے۔ لہذا، جب تک کہ تھرمل چیک واضح طور پر اس بات کی نشاندہی نہ کرے کہ 'EH/AH میں اپ گریڈ شدہ NdFeB بھی نہیں رکھ سکتا،'  SmCo کو 'خرید' کرنے کے لیے درجہ حرارت کے مارجن کا استعمال اکثر وزن، لاگت اور بجلی کی کثافت میں تین گنا زیادہ ادا کیا جاتا ہے۔.

انتخاب کی درست ترتیب: مقناطیس کے درجہ حرارت سے درجہ کا اندازہ لگائیں۔

محوری بہاؤ کے لیے قابل عمل درجہ حرارت پر مبنی مقناطیس کے انتخاب کے عمل کو گریڈ ٹیبل سے شروع کرنے کے بجائے نیچے دیے گئے حکم پر عمل کرنا چاہیے۔

مرحلہ 1: پہلے کولنگ کی وضاحت کریں، پھر گریڈ پر بات کریں۔  ایک محوری فلوکس مشین کا روٹر کولنگ کا طریقہ مقناطیس کے درجہ حرارت کی 'فرش' کا براہ راست تعین کرتا ہے۔ ایئر کولنگ آسان ہے اور اس میں پرجیوی نقصانات کم ہیں، لیکن ہوا کی حرارتی چالکتا اور مخصوص حرارت کی صلاحیت محدود ہے، اور ٹھنڈک کی صلاحیت رفتار اور ماحول پر مضبوطی سے منحصر ہے۔ محوری بہاؤ میں تیل کی ٹھنڈک کی بہت زیادہ توقع کی جاتی ہے۔ تجرباتی اعداد و شمار سے پتہ چلتا ہے کہ تیل کو ٹھنڈا کرنے کی معقول اسکیم خالص پانی کی ٹھنڈک کے مقابلے زیادہ سے زیادہ درجہ حرارت کو 15–20  ° C  تک کم کر سکتی ہے، لیکن تیل کی ٹھنڈک 'گرمی کو دور کرنے' کے برابر نہیں ہے 'گرمی کو ختم کرنے'۔ ڈسک کی قسم کے ڈھانچے کے کنارے اور مرکز کے درمیان درجہ حرارت کا فرق اب بھی  30-50 K تک پہنچ سکتا ہے ، اور مقامی ہاٹ اسپاٹ آف آبجیکٹ ڈی میگنیٹائزیشن ہے۔ کولنگ سکیم کو منجمد کرنے سے پہلے، کسی بھی گریڈ کے انتخاب میں قابل اعتماد بنیاد کی کمی ہوتی ہے۔

مرحلہ 2: شارٹ سرکٹ کی حالت کو درجہ حرارت کی جانچ میں ڈالیں۔  عام آپریشن کے تحت درجہ حرارت صرف بنیادی لائن ہے. ڈی میگنیٹائزیشن کی توثیق کو کنٹرولر کی خرابی یا وائنڈنگ شارٹ سرکٹ سے پیدا ہونے والے ریورس مقناطیسی فیلڈ کا احاطہ کرنا ضروری ہے، اور یہ جانچ  اس سب سے زیادہ درجہ حرارت پر کی جانی چاہیے جہاں مقناطیس اس حالت میں پہنچ سکتا ہے ۔ ادب میں ڈیزائن کا معیار سیدھا ہے: کم ترین درجہ حرارت پر تھری فیز شارٹ سرکٹ کرنٹ کے بعد ناقابل واپسی ڈی میگنیٹائزیشن سے بچنے کے لیے مقناطیس کی موٹائی کا انتخاب کیا جانا چاہیے۔ زیادہ عام طور پر، اس بات کی تصدیق کرنا ضروری ہے کہ آپریٹنگ پوائنٹ بدترین درجہ حرارت اور بدترین ڈی میگنیٹائزنگ فیلڈ کے سپرپوزیشن پر گھٹنے کے پوائنٹ سے نیچے نہیں آتا ہے۔

مرحلہ 3: گریڈ لاحقہ چیک کرنے کے لیے 'اصلی مقناطیسی درجہ حرارت + شارٹ سرکٹ ڈی میگنیٹائزنگ فیلڈ' استعمال کریں۔ اگر کولنگ اسکیم اور برقی مقناطیسی ڈیزائن کے ذریعہ دیا گیا مقناطیس ہاٹ اسپاٹ درجہ حرارت  کے آرڈر پر ہے  140-150 °C ، اور شارٹ سرکٹ ڈی میگنیٹائزنگ فیلڈ شدید نہیں ہے، تو SH امیدواروں کی فہرست میں داخل ہو سکتا ہے۔ ایک بار جب ہاٹ اسپاٹ  160 ° C تک پہنچ جاتا ہے یا اس سے زیادہ ہو جاتا ہے ، UH ایک زیادہ قابل اعتماد نقطہ آغاز ہوتا ہے۔ جب گرم جگہ  180 ° C سے اوپر پہنچ جائے تو EH یا اس سے بھی زیادہ درجات کا سنجیدگی سے جائزہ لیا جانا چاہیے، یا خود کولنگ ڈیزائن پر دوبارہ غور کرنا چاہیے۔ یہاں منطق یہ ہے:  لاحقہ 'کارکردگی کی سطح' نہیں ہے، بلکہ 'گھٹنے کے نقطہ کو کسی مخصوص درجہ حرارت پر محفوظ رکھنے کی صلاحیت کی سطح ہے۔'  زیادہ لاحقہ درجات (UH/EH) کی قیمت عام طور پر قدرے کم ریماننس یا زیادہ ہیوی-ریری ارتھ اضافہ ہوتا ہے۔ یہ مفت انشورنس نہیں ہے۔

مرحلہ 4: درجہ حرارت پر 'بوجھ کو ہلکا' کرنے کے لیے روٹر سیگمنٹیشن اور مقناطیس جیومیٹری کا استعمال کریں۔  مقناطیس کا انتخاب ایک الگ تھلگ مادی فیصلہ نہیں ہے۔ محوری فلوکس روٹر میگنےٹس کے ایڈی کرنٹ کا نقصان براہ راست مقناطیس کی سطح پر ایڈی کرنٹ پاتھ کی لمبائی اور سطح کے رقبے سے ہے، اور مستقل مقناطیس کی تقسیم ایڈی کرنٹ کے نقصان کو کم کرنے اور درجہ حرارت میں اضافے کو دبانے کا ایک مؤثر ذریعہ ہے۔ جب درجہ پہلے ہی طے ہو چکا ہو اور درجہ حرارت کا مارجن سخت ہو، سیگمنٹیشن آپٹیمائزیشن کے ذریعے مقناطیس کی اپنی حرارت کی پیداوار کو کم کرنا بعض اوقات گریڈ لاحقہ کو صرف ایک سطح تک بڑھانے سے زیادہ کفایتی ہوتا ہے، اور یہ ٹارک کی کثافت کو محفوظ رکھنے کے لیے بھی زیادہ سازگار ہے۔

ایک پریکٹیکل ججمنٹ لائن

اگر اس مضمون کو ڈیزائن کے جائزے میں لانے کے لیے ایک جملے میں کمپریس کرنا ہے، تو یہ ہے:  محوری فلوکس روٹر مقناطیس کا درجہ 'منتخب' نہیں ہونا چاہیے۔ اس کا 'حساب' ہونا چاہیے—سب سے پہلے کولنگ اور شارٹ سرکٹ کے حالات کا استعمال کرتے ہوئے اس کا حساب لگائیں کہ مقناطیس کس درجہ حرارت تک پہنچ جائے گا، پھر اس درجہ حرارت کو گھٹنے کے نقطہ کو دیکھنے کے لیے استعمال کریں، اور آخر میں لاحقہ پر قائم ہوں۔

NdFeB کے لیے،  120 ° C  وہ مشاہداتی نقطہ ہے جہاں پر الٹنے والا تنزل نمایاں ہونا شروع ہو جاتا ہے، اور تقریباً  150 ° C  وہ خطہ ہے جہاں ناقابل واپسی ڈی میگنیٹائزیشن کا خطرہ اس سطح میں داخل ہوتا ہے جس کی سنجیدگی سے تصدیق کی جانی چاہیے۔ یہ دو نمبر گریڈ ٹیبل میں 'زیادہ سے زیادہ آپریٹنگ درجہ حرارت' نہیں ہیں۔ بلکہ، وہ ڈیزائنرز کو یاد دلاتے ہیں کہ محوری بہاؤ کے سینڈوچ ڈھانچے میں، درجہ حرارت کا مارجن ریڈیل مشینوں کی نسبت تیزی سے غائب ہو جاتا ہے۔ درجہ حرارت کو درجہ کی چیز کے بجائے انتخاب کے موضوع کے طور پر سمجھنا ہی ڈی میگنیٹائزیشن کو مادی مسئلے سے نظامی اعتبار کے فرق میں تبدیل ہونے سے روکتا ہے۔