NdFeB-magneetit sähkömoottoreissa: valinta- ja suunnitteluopas

Johdanto

Sähkömoottorit muodostavat suurimman yksittäisen sovelluksenNdFeB magneetitmaailmanlaajuisesti. Kulutuselektroniikan harjattomista tasavirtamoottoreista sähköajoneuvojen kestomagneettisynkronimoottoreihin, magneettipiirin rakenne määrittää suoraan moottorin hyötysuhteen, vääntömomenttitiheyden ja lämpöstabiilisuuden. Tämä opas kattaa, kuinka neodyymimagneetteja käytetään sähkömoottoreissa, kuinka valita oikea laatu moottorityypillesi ja mitä insinöörien on määritettävä hankkiessaan magneetteja moottorisovelluksiin.

Miksi NdFeB hallitsee moottorisovelluksia

1. Kestomagneettimoottorien kotelo

Kestomagneettimoottorit korvaavat tavanomaisten oikosulkumoottorien sähkömagneettiroottorin korkeaenergisiä kestomagneetteja kantavalla roottorilla. Tämä eliminoi roottorin kuparihäviöt ja vähentää invertteristä otettua magnetointivirtaa, mikä tuottaa merkittäviä hyötysuhdetta - erityisesti osakuormituksessa, jossa induktiomoottorit ovat vähiten tehokkaita.

Tärkeimmät edut, jotka tekevät NdFeB:stä valitun materiaalin:

• Energiatehokkain tuote: 33–52 MGOe, mahdollistaa pienimmän roottorin tilavuuden tietyllä vuotarpeella
• Korkea remanenssi: 1,17–1,47 T, tuottaa vahvan ilmavälivuon ilman suuria magneetin poikkileikkauksia
• Ohut magneettigeometria: korkea koersitiivisuus mahdollistaa ohuiden kaari- tai lohkomagneettien käytön, mikä vähentää roottorin inertiaa
• Ei viritysvoimaa: toisin kuin kierretyt roottorit, NdFeB-magneetit eivät vaadi jatkuvaa sähkönsyöttöä

Moottorityypit ja magneettikokoonpanot

2. Pinta-asennetut kestomagneettimoottorit (SPM).

SPM-moottoreissa valokaari- tai laattamagneetit liimataan tai nauhataan roottorin ulkopintaan. Tämä on yksinkertaisin kokoonpano ja mahdollistaa tavallisten kaarimagneettien käytön ilman monimutkaista koneistusta.

• Magneetin muoto: kaarisegmentit (kaarevat laatat), tyypillisesti sintrattu NdFeB
• Magnetisoinnin suunta: säteittäinen (osoittaa kohti tai poispäin akselin akselista)
• Ilmarako: suurempi kuin IPM-moottorit - magneetti itse vie osan magneettisesta ilmavälistä
• Tyypilliset arvosanat: N42H - N45SH - kohtalaisen energian tuote, jonka lämpötilaluokitus on H tai SH
• Sovellukset: servomoottorit, karamoottorit, pienet BLDC-moottorit, teollisuustoimilaitteet

Suunnittelun huomioiminen: SPM-roottoreiden kaarimagneetit altistuvat keskipakovoimalle suurella nopeudella. Yli 3 000 rpm:n roottoreille vaaditaan yleensä kiinnitysnauha (hiilikuitu tai ruostumaton teräs). Tämä pienentää tehollista magneettista ilmaväliä ja se on otettava huomioon vuolaskelmissa.

3. Sisäpuolen kestomagneettimoottorit (IPM).

IPM-moottorit upottavat suorakaiteen muotoiset magneetit tai tankomagneetit roottorin laminointien sisään. Tämä suojaa magneetteja keskipakoisvoimista ja antaa roottorille mahdollisuuden hyödyntää reluktanssivääntömomenttia magneetin vääntömomentin lisäksi, mikä lisää huippuvääntömomenttia.

• Magneetin muoto: suorakaiteen muotoiset tangot tai lohkot, joskus puolisuunnikkaan muotoiset
• Magnetisoinnin suunta: tyypillisesti yhdensuuntainen (tangon lyhyen mittasuhteen poikki)
• Ilmarako: pienempi kuin SPM - vain laminointisilta erottaa magneetin ilmavälistä
• Tyypilliset arvosanat: N38SH - N45UH - korkeampi lämpötilaluokitus on kriittinen roottorin pyörrevirtakuumenemisen vuoksi
• Sovellukset: EV-ajomoottorit, LVI-kompressorit, teollisuusservokäytöt, tuuliturbiinigeneraattorit

Suunnittelun huomioiminen: IPM-roottoreissa on merkittäviä pyörrevirtahäviöitä magneeteissa korkeilla kytkentätaajuuksilla. Segmentoidut magneetit (useita pienempiä kappaleita liitettyinä yhteen) vähentävät pyörrevirtareittejä ja alentavat magneetin käyttölämpötilaa. Määritä segmentointivaatimukset piirustuksessasi, jos taajuusmuuttaja toimii yli 5 kHz:n kytkentätaajuuksilla.

4. Aksiaalivuomoottorit

Aksiaalivuomoottorit (kutsutaan myös pannukakkumoottoreiksi) suuntaavat vuopolun moottorin akselia pitkin pikemminkin kuin säteittäisesti. Levymäiset magneetit on asennettu yhdelle tai molemmille roottorin pinnoille, jotka on erotettu ilmaraolla litteistä staattorikäämeistä.

• Magneetin muoto: sektori-/piirakkamaiset kiekot tai puolisuunnikkaan muotoiset laatat
• Magnetisoinnin suunta: aksiaalinen (samansuuntainen akselin kanssa)
• Tyypilliset arvosanat: N42H - N48H - korkeaenergiatuote CD-levygeometriaan
• Sovellukset: pyörän sisäiset sähkömoottorit, suoravetogeneraattorit, robottiliitokset, lääketieteellinen kuvantaminen

Moottoreiden laadun ja lämpötilan valinta

5. Käyttölämpötila on kriittinen muuttuja

Moottorimagneetit altistuvat lämmölle sekä staattorin käämityksen häviöistä (johtuen ilmaraon kautta) että omista pyörrevirtahäviöistään. Roottorimagneetin lämpötila kuormitetussa moottorissa on tyypillisesti 20–60 astetta ympäristön lämpötilaa korkeampi – sähköajoneuvojen vetosovelluksissa usein 100–150 astetta.

Väärän lämpötilaliitteen määrittäminen johtaa peruuttamattomaan osittaiseen demagnetoitumiseen kuormituksen aikana, jota ei voida palauttaa ilman roottorikokoonpanon uudelleenmagnetointia.

6. Demagnetointimarginaali

Moottorimagneettien on säilytettävä riittävänädemagnetointimarginaali- magneetin toimintapisteen ja sen palautumattoman demagnetointipolven välinen etäisyys BH-käyrällä. Moottorisovelluksissa 10–15 %:n vähimmäismarginaali on normaali suunnittelukäytäntö.

Pahin demagnetisaatiotapahtuma tapahtuu vikatilanteessa: oikosulkuvirta tuottaa voimakkaan vastakentän, joka työntää toimintapisteen alas BH-käyrällä. Jos tämä kohta ylittää polven (etenkin korkeassa lämpötilassa, jossa polvi nousee), magneetti ei palaudu alkuperäiseen toimintapisteeseensä, kun vika poistuu.

Korkeammat koersitiiviarvot (H-, SH-, UH-liitteet) siirtävät polvea edelleen alaspäin BH-käyrällä, mikä tarjoaa suuremman demagnetointivastuksen - hieman alhaisemman BHmax:n kustannuksella verrattuna samaan numeeriseen arvosanaan ilman jälkiliitettä.

Moottorimagneettien hankinnan tarkistuslista

7. Mitä moottoriinsinöörien tulee määrittää

• Arvosana lämpötilaliitteellä: älä koskaan määritä laatua ilman päätettä moottorisovelluksissa. Vähintään H-liite useimmille teollisuusmoottoreille; SH tai UH sähköajoneuvoihin ja korkean käyttöjakson sovelluksiin.
• Magneetin geometria ja toleranssi: kaarimagneetit vaativat sisäsäteen (Ri), ulkosäteen (Ro), kaarikulman ja aksiaalisen pituuden. Määritä säteittäinen paksuustoleranssi (±0,05 mm maa) ja kaarikulman toleranssi (±0,1 astetta). Määritä IPM-tankomagneeteille kaikki kolme mittaa toleransseineen.
• Magnetisoinnin suunta ja kuvio: säteittäinen, yhdensuuntainen tai Halbach-taulukko. Renkaan moninapamagnetointi on erillinen valmistusvaihe sintraamisesta - varmista toimittajasi kyky.
• Magneetin segmentointi: jos se toimii yli 5 kHz invertterin kytkentätaajuudella tai yli 10 000 rpm, määritä kehä- ja aksiaalisegmenttien lukumäärä napaa kohden rajoittaaksesi pyörrevirtahäviöitä.
• Pinnoite: suljetuissa koteloissa olevissa moottorimagneeteissa käytetään tyypillisesti Ni-Cu-Ni-nikkelipinnoitusta. Öljyjäähdytteisille moottoreille (suora öljysuihkujäähdytys) määritä epoksi- tai kaksikerroksinen Ni + epoksipinnoite kemiallisen kestävyyden varmistamiseksi.
• BH-käyrän tiedot käyttölämpötilassa: pyydä mitattuja Br- ja Hcj-arvoja roottorin maksimikäyttölämpötilassa, ei vain 20 asteessa. Tarkista polvipisteen sijainti maksimilämpötilassa.
• PPAP tai ensimmäinen artikkelitarkastus: autoteollisuudessa tai turvallisuuden kannalta kriittisissä moottorisovelluksissa vaaditaan ensimmäinen tuotetarkastus (FAI), jossa on täysi mittaraportti ja magneettinen ominaisuustodistus tuotantoerää kohti.

Kuinka HIMAGNET tukee moottorisovelluksia

HIMAGNETtoimittaa sintrattuja NdFeB-kaarisegmenttejä, tankomagneetteja ja levymagneetteja moottorisovelluksiin kaikilla laatu- ja lämpötila-alueilla. Tuemme kaarimagneettigeometrioita vakiokokoisista luettelokokoista räätälöityihin Ri/Ro/kaarikulmamäärityksiin, maatoleranssilla ±0,05 mm:iin asti.

Moottorikehitysohjelmia varten tarjoamme BH-käyrädataa useissa lämpötiloissa, demagnetointianalyysituen ja segmentointisuosituksia invertterisi taajuuden ja nopeusprofiilin perusteella.

Jaa moottorityyppisi, roottorin geometria, maksimi käyttölämpötila ja vuositilavuus – suosittelemme sopivaa laatua ja annamme teknisen tarjouksen yhden arkipäivän kuluessa.