Vòng bức xạ NdFeB: Thế hệ công nghệ lõi mới dẫn đầu sự chuyển đổi trong thiết kế mạch từ
Trong xưởng sản xuất động cơ servo cao cấp, các kỹ sư điều chỉnh cẩn thận các góc nối của các khối nam châm, cố gắng loại bỏ hiện tượng biến dạng từ trường yếu—một vấn đề đã gây khó khăn cho ngành này trong nhiều thập kỷ. Ngày nay, thách thức này đang được giải quyết một cách lặng lẽ bằng một chiếc nhẫn liền mạch.
Các vòng từ định hướng xuyên tâm NdFeB thiêu kết đang dần thay thế các giải pháp nối gạch nam châm phân đoạn truyền thống. Vòng từ tính tích hợp này khắc phục được những nhược điểm của việc ghép khối hình ngói truyền thống như mất từ tính và khó lắp ráp.
Không giống như các vòng từ ghép truyền thống, đòi hỏi cấu trúc khung vật liệu từ tính mềm để cố định các khối nam châm, vòng từ bức xạ là một loại nam châm vĩnh cửu hình vòng được định hướng đặc biệt với sự phân bố từ trường đồng đều hơn, cải thiện hiệu quả mức độ hình sin của từ trường khe hở không khí của động cơ.
01 Bối cảnh nâng cấp công nghệ
Động cơ không chổi than nam châm vĩnh cửu truyền thống chủ yếu sử dụng nối gạch nam châm để tạo thành mạch từ hình vòng, nhưng thiết kế này có những sai sót rõ ràng. Giải pháp ghép gạch nam châm đòi hỏi cấu trúc khung vật liệu từ tính mềm để cố định gạch, dẫn đến tổn thất từ thông đáng kể và ảnh hưởng lớn đến hệ số công suất và hiệu suất của động cơ.
Quan trọng hơn, các vòng từ được ghép có yêu cầu độ chính xác xử lý cao, lắp ráp khó khăn, độ trơn tru của quá trình chuyển đổi cực từ kém và tiếng ồn động cơ nghiêm trọng. Với sự phát triển nhanh chóng của trí tuệ nhân tạo và công nghệ tự động hóa, nhu cầu thị trường về động cơ thu nhỏ, nhẹ và hiệu quả tiếp tục mở rộng, khiến công nghệ nối gạch nam châm truyền thống ngày càng không đủ đáp ứng yêu cầu kỹ thuật hiện nay.
Tình hình khó khăn về công nghệ này đã thúc đẩy việc nghiên cứu và ứng dụng thế hệ giải pháp nam châm vĩnh cửu mới—các vòng từ bức xạ NdFeB. So với gạch nam châm truyền thống, các vòng bức xạ đã nổi lên như một thành phần vật liệu quan trọng được ưa chuộng để sản xuất các động cơ và cảm biến nam châm vĩnh cửu nhỏ, hiệu suất cao.
02 So sánh công nghệ cốt lõi: Vòng bức xạ và Gạch nam châm phân đoạn
Vòng bức xạ và các khối nam châm phân đoạn truyền thống khác nhau đáng kể trên nhiều chiều. Xét về tính toàn vẹn của cấu trúc , các vòng từ bức xạ được hình thành liền khối, trong khi các khối nam châm phân đoạn được lắp ráp từ nhiều khối từ tính độc lập.
Về tính đồng nhất của từ trường , các vòng từ trường bức xạ có sự phân bố từ trường liên tục với dạng sóng hình sin và các vùng chuyển tiếp nhỏ giữa các cực từ, trong khi các khối nam châm phân đoạn biểu hiện sự biến dạng từ trường rõ ràng và các vùng điểm yếu cục bộ.
Độ phức tạp của việc lắp ráp cũng là một yếu tố quan trọng cần cân nhắc. Quy trình lắp ráp vòng bức xạ được đơn giản hóa, loại bỏ hơn mười bước như cắt gạch nam châm, định vị và liên kết. Ngược lại, gạch nam châm phân đoạn đòi hỏi quy trình lắp ráp phức tạp và nhiều bước Xử lý.
Từ góc độ độ bền cấu trúc , các vòng bức xạ được thiêu kết tổng thể, loại bỏ các điểm yếu về kết nối vật lý do nối hoặc liên kết, đồng thời chúng có khả năng chống va đập và chống rung tuyệt vời. Trong khi đó, gạch nam châm phân đoạn có điểm yếu về kết nối vật lý.
Về mặt hiệu quả chi phí , mặc dù vòng bức xạ có chi phí sản xuất ban đầu cao hơn nhưng chúng mang lại lợi thế đáng kể về chi phí vòng đời. Mặt khác, gạch nam châm phân đoạn gặp bất lợi về mặt chi phí lâu dài do quy trình phức tạp và hạn chế về hiệu suất.
Ngoài ra, về mặt hiệu suất của động cơ , các vòng bức xạ cải thiện đáng kể mức độ hình sin của từ trường khe hở không khí của động cơ, giảm tiếng ồn và độ rung khi vận hành. Tuy nhiên, các ô nam châm phân đoạn gây ra hoạt động không ổn định của động cơ và độ ồn cao hơn do biến dạng từ trường và khoảng cách giữa các ô.
03 Phân loại kỹ thuật và quy trình sản xuất
Vòng từ bức xạ NdFeB có thể được phân loại thành nhiều loại dựa trên phương pháp sản xuất: vòng từ bức xạ NdFeB liên kết, vòng từ bức xạ NdFeB ép đùn nóng và vòng từ bức xạ NdFeB thiêu kết luyện kim bột.
Quá trình liên kết tương đối hoàn thiện và không tốn kém, vì vậy các vòng bức xạ NdFeB liên kết chiếm tỷ trọng sản xuất lớn nhất. Tuy nhiên, các vòng từ liên kết có mật độ và hiệu suất thấp hơn, hạn chế sự phát triển của chúng trong các ứng dụng cao cấp.
Ngược lại, các vòng từ bức xạ NdFeB thiêu kết và ép nóng/biến dạng nóng hiệu suất cao mang lại hiệu suất từ tính cao hơn nhưng phải đối mặt với những thách thức kỹ thuật lớn hơn. Do sự khác biệt đáng kể về tỷ lệ co ngót và hệ số giãn nở nhiệt giữa trục từ hóa dễ và hướng trục từ hóa cứng của hạt NdFeB, các vòng từ này dễ bị phân mảnh trong quá trình chuẩn bị, từ hóa và lắp ráp, dẫn đến tỷ lệ Thành phẩm thấp và giá thành thường cao hơn.
04 Ứng dụng đa miền
Các vòng từ bức xạ NdFeB đã cho thấy triển vọng ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực cao cấp. Trong lĩnh vực tự động hóa công nghiệp , vòng bức xạ đặc biệt thích hợp cho các động cơ điều khiển tốc độ cao, độ chính xác cao, như động cơ servo và robot công nghiệp.
Các vòng từ tính đa cực bức xạ được phát triển trong nước đã vượt qua các thử nghiệm thí điểm và được áp dụng thành công cho các dự án động cơ servo của các doanh nghiệp hạ nguồn, phá vỡ sự phụ thuộc lâu dài vào động cơ servo nhập khẩu tại Trung Quốc. Theo thử nghiệm, động cơ sử dụng vòng từ như vậy có công suất tăng ít nhất 10% so với giải pháp gạch nam châm truyền thống.
Trong lĩnh vực công nghệ cảm biến , vòng từ NdFeB cũng đóng vai trò quan trọng. Các nhà nghiên cứu từ Viện Khoa học Vật lý Hợp Phì, Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc, đã phát triển cảm biến quang phổ quay Faraday dựa trên mảng vòng nam châm vĩnh cửu NdFeB để phát hiện các loại khí như oxit nitric và nitơ dioxide.
Cảm biến này sử dụng 14 vòng nam châm vĩnh cửu NdFeB giống hệt nhau được sắp xếp theo dạng không cách đều để tạo ra từ trường tĩnh ổn định, với cường độ từ trường trung bình đạt 346 Gauss. So với các giải pháp cuộn dây điện từ truyền thống, điều này làm giảm đáng kể mức tiêu thụ điện năng.
Trong lĩnh vực ô tô và thiết bị cao cấp , với sự tiến bộ của công nghệ tự động hóa thiết bị, độ chính xác và thiết kế và sản xuất động cơ nam châm vĩnh cửu, động cơ servo nam châm vĩnh cửu hiệu suất cao sử dụng vòng từ bức xạ đa cực NdFeB thiêu kết có triển vọng ứng dụng rộng rãi trong ô tô, máy công cụ CNC, thiết bị gia dụng, máy tính, robot và các lĩnh vực khác.
05 Thách thức công nghệ và xu hướng tương lai
Công nghệ vòng bức xạ NdFeB phải đối mặt với nhiều thách thức, nổi bật nhất là công nghệ chuẩn bị phức tạp . Vật liệu NdFeB dễ bị phân mảnh trong quá trình chuẩn bị, từ hóa và lắp ráp, dẫn đến tỷ lệ Thành phẩm thấp và giá thường cao hơn.
Giới hạn kích thước cũng là một vấn đề quan trọng. Các vòng bức xạ được ép nóng chủ yếu là các vòng từ có thành mỏng, có đường kính hầu hết dưới 30 mm và độ dày thành dưới 3 mm. Mặc dù các vòng bức xạ thiêu kết có thể được sản xuất với đường kính ngoài trên 200 mm, nhưng chúng hầu như chỉ giới hạn ở các vòng từ tính có đường kính nhỏ với đường kính ngoài dưới 100 mm trên thị trường do hạn chế về chi phí và tỷ lệ Đạt tiêu chuẩn.
Tuy nhiên, Trung Quốc đang bắt kịp trong lĩnh vực này. Nghiên cứu của một nhóm nhất định về 'Thành phần vòng nam châm vĩnh cửu và phương pháp chế tạo nó' đã nhận được bằng sáng chế quốc gia.
Khi quá trình tạo vòng từ bức xạ NdFeB thiêu kết tiếp tục được tối ưu hóa và cải tiến, đặc biệt với sự phát triển và tối ưu hóa hơn nữa về phương pháp thiết kế và định hướng từ trường định hướng, công nghệ này dự kiến sẽ đạt được những bước đột phá lớn hơn trong những năm tới.
Các sản phẩm vòng bức xạ SDM đã được sử dụng rộng rãi trong động cơ nam châm vĩnh cửu hiệu suất cao, cảm biến chính xác và các lĩnh vực khác có yêu cầu cao về độ ổn định của từ trường.
