Mukautetut magneettiset ratkaisut: FEA:n käyttäminen demagnetisoitumisen estämiseen

Suljetussa magneettipiirissä (esim. teräksisten ikeiden välissä oleva magneetti) permeanssikerroin (Pc) on korkea, tyypillisesti 5-10. Magneetti toimii demagnetisaatiokäyrän lineaarisella alueella, kaukana polvesta. Demagnetoitumisriski on pieni jopa korkeissa lämpötiloissa.

Avoimessa piirissä (esim. magneetti yksin ilmassa) Pc on alhainen (0,1-0,5). Leikkauskohta on lähellä polvea. Mikä tahansa vastakkainen kenttä tai lämpötilan nousu voi ajaa sen peruuttamattomaan häviöön. Tästä syystä magneettiset erottimet ja kiinnityslaitteet käyttävät teräsnapakappaleita lisäämään PC:tä.

Kestomagneettimoottorissa roottorimagneetit kokevat vaihtelevan Pc:n riippuen roottorin asennosta ja staattorivirrasta. Huippukuormalla ankkurireaktion demagnetointikenttä voi laskea paikallisen Pc:n alle 1,0:n, mikä aiheuttaa demagnetoitumisriskin magneetin reunoilla.

FEA-ohjelmisto (esim. Ansys Maxwell, JMAG, Motor-CAD) laskee magneettikentän vektorin magneetin jokaisessa äärellisessä elementissä. Tämän jälkeen kenttää verrataan BH-käyrään käyttölämpötilassa. Jos kentän magnitudi ylittää sisäisen koersitiivin (Hcj) tässä pisteessä, elementti katsotaan demagnetoituneeksi.

Simuloimme kolmea ehtoa:

Nimelliskuormitus ympäristön maksimilämpötilassa.

Ylikuormitus (2x tai 3x nimellisvirta) 10 sekunnin ajan.

Jumistila (roottorin nopeus nolla, täysi jännite kytketty).

Lähtökartat näyttävät demagnetisoitumisprosentin magneetin tilavuudessa. Yleensä reunat ja kulmat ovat haavoittuvimpia. Hyväksyttävä kynnys:<5% demagnetization after 1000 cycles; <2% for automotive or aerospace applications.

Geometriset muutokset vähentävät merkittävästi demagnetisoitumisriskiä. 0,5-1,5 mm:n viisteen tai säteen lisääminen magneetin reunoihin vähentää paikallisen kentän keskittymistä. FEA mahdollistaa nopean iteroinnin: yksi insinööri voi arvioida 20-30 viisteen vaihtelua päivässä, kun taas kunkin iteroinnin fyysinen testaus kestäisi viikkoja.

Paksuussuhde (magneetin paksuus / ilmaraon pituus) vaikuttaa myös demagnetointiin. Tietylle moottorille magneetin paksuuden lisääminen 3 mm:stä 4 mm:iin nostaa PC:n arvosta 1,2:sta 1,6:een, mikä vähentää demagnetoitumisriskiä 40-50 % samassa käyttölämpötilassa. Paksummat magneetit lisäävät kuitenkin roottorin inertiaa ja materiaalikustannuksia. FEA optimoi paksuussuhteen pienin kustannuksin ja pysyy demagnetointikynnyksen yläpuolella.

FEA-optimoinnin jälkeen valmistamme fyysisiä prototyyppejä (5-10 kpl) ja suoritamme demagnetoinnin validoinnin:

Mittaa virtaus huoneenlämmössä (Helmholtz-kela tai vuomittari).

Kuumenna kokoonpano maksimikäyttölämpötilaan 1 tunniksi.

Käytä käänteiskenttäpulssia tai käytä moottoria ylikuormituksella.

Jäähdytä huoneenlämpöiseksi ja{0}}mittaa virtaus uudelleen.

Peruuttamaton menetys=(vuo_jälkeen - flux_ennen) / flux_ennen × 100 %. Korrelaation FEA:n kanssa tulisi olla 10-15 %:n sisällä. Jos yhteensopimattomuus ylittää 20 %, tarkennamme simulaatiota (esim. lisäämme materiaalin ominaisuuksien vaihtelun vaikutuksen, valmistustoleranssit).

Katso mukautettuja magneettisia ratkaisuja, jotka edellyttävät FEA-demagnetointianalyysiä – mukaan lukien IPM-roottorit, puoli{0}}tyyppiset roottorimagneetit ja magneettikytkimet – sivuillamme olevalla Finite Element Analysis -tekniikan tukisivulla. Tarjoamme täydelliset simulaatioraportit jokaiselle prototyypille.

Pyydä demagnetoitumisriskin arviointia olemassa olevalle tai suunnitellulle moottorisuunnitelmallesi ottamalla yhteyttä FEA-insinööritiimiimme. Lähetä staattorin virran aaltomuoto, roottorin mitat, magneetin laatu ja maksimilämpötila. Palautamme simulaatioraportin 3-5 työpäivän kuluessa.

K: Kuinka tarkasti FEA ennustaa demagnetisaation verrattuna todelliseen{0}}moottoritestaukseen?
V: ±10 %:n sisällä homogeenisille magneettiominaisuuksille. Vaihtelu johtuu todellisesta magneetin Hcj erästä-erästä -erään (±5 %) ja lämpötilan mittausvirheestä. Suosittelemme, että turvamarginaali on 15 % alle nimellisarvon Hcj.

K: Voitko simuloida Halbach-ryhmäkokoonpanon demagnetisointia?
V: Kyllä. Halbach-taulukoilla on monimutkaiset vuopolut, mutta FEA käsittelee ne tarkasti. Olemme erikoistuneet Halbach-kokoonpanoihin lineaarimoottoreille ja MRI-gradienttikeloille.

K: Mikä on magneetin vähimmäispaksuus demagnetisoitumisen välttämiseksi 150 asteen PMSM:ssä?
V: Riippuu ilmavälistä ja staattorin virrasta. Nyrkkisääntönä on pinta--asennettavan PMSM:n, jossa on 1 mm ilmaväli ja N35SH-magneetit, vähimmäispaksuus on 3,5 mm. N42SH:lle, 4,5 mm. Suorita FEA tarkan geometrian saamiseksi.