Demagnetointi ei ole äkillinen vika
Magneetin demagnetisoinnin yleinen mentaalinen malli on askelfunktio: moottori toimii normaalisti, sitten magneetit epäonnistuvat ja moottori lakkaa tuottamasta vääntömomenttia. Näin ei käytännössä tapahdu. NdFeB-moottoreiden demagnetointi on lähes aina osittaista ja asteittaista - magneetit menettävät osan remanenssistaan, moottori tuottaa hieman vähemmän vääntömomenttia samalla virralla ja ohjausjärjestelmä kompensoi lisäämällä virtaa, joka tuottaa enemmän lämpöä, mikä nopeuttaa edelleen demagnetoitumista. Vikatila on hidas ajautuminen, ei kallio.
Siihen mennessä, kun osittainen demagnetoituminen on havaittavissa heikentyneenä moottorin suorituskyvynä, magneetit ovat tyypillisesti menettäneet 5–15 % alkuperäisestä Br:stä. Siinä vaiheessa demagnetisaatio on peruuttamaton. Magneetteja ei voida magnetoida uudelleen moottorissa ilman täydellistä purkamista ja palauttamista magnetointilaitteeseen. Käytettyjen robottiliitosten tai sinetöidyn servotoimilaitteen osalta tämä tarkoittaa täydellistä uudelleenrakentamista.
Tämä artikkeli kattaa kolme mekanismia, jotka aiheuttavat demagnetisoitumisen toimivissa moottoreissa, kuinka demagnetisoitumisriski lasketaan tietylle magneettiluokalle ja toimintapisteelle, ja mitä on määriteltävä varmistaakseen, että suunnittelussa on riittävä marginaali.
1. Kolme demagnetointimekanismia
Terminen demagnetointi, oikosulkudemagnetisointi ja toimintapistedemagnetointi ovat erillisiä mekanismeja, joilla on erilaisia syitä ja erilaisia ratkaisuja. Niiden sekoittaminen johtaa vääriin korjauksiin.
Terminen demagnetointitapahtuu, kun magneetin lämpötila ylittää pisteen, jossa koersitiivinen Hcj laskee alle tason, joka vaaditaan vastustamaan moottorin omaa demagnetointikenttää. Tämä on kynnysvaikutus: kriittisen lämpötilan alapuolella magneetti on vakaa, sen yläpuolella alkaa demagnetoituminen ja se on peruuttamaton jäähtyessään. N-luokan NdFeB:n (ei lämpöpäätettä) Hcj putoaa jyrkästi yli 80 astetta. Tietyn moottorimallin kriittinen lämpötila riippuu ilmaraon kentästä ja magneetin tilavuudesta - moottori, jossa on ohut magneettiosa ja suuri demagnetointikenttä, voi demagnetoitua 90 asteessa, kun paremmin suunniteltu moottori, jolla on sama laatu, pysyisi vakaana 120 asteeseen.
Oikosulkudemagnetointiesiintyy vikatiloissa - vaiheiden väliset oikosulut, käyttövirheet tai regeneratiiviset jarrutustapahtumat - jolloin staattorivirta tuottaa demagnetoivan kentän, joka ylittää magneetin Hcj:n käyttölämpötilassa. Normaalissa käyttötilassa oikein suunnitellun moottorin huippuvirta ei ole tarpeeksi korkea demagnetoimaan edes N-luokan magneetteja. Vikatilanteessa virta voi saavuttaa 5–10-kertaisen nimellisarvon millisekunnissa. Se, demagnetoiko tämä pulssi magneetit, riippuu magneetin paksuudesta, Hcj:stä lämpötilassa ja vian kestosta.
Toimintapisteen demagnetointion salakavalin, koska se voi tapahtua normaaleissa käyttölämpötiloissa ilman vikatapahtumia. Näin tapahtuu, kun moottorin magneetin paksuus ei ole riittävä vaadittua huippumomenttia varten, niin että huippuvirralla demagnetointikenttä lähestyy tai ylittää Hcj:n. Jokainen momenttipulssi jättää magneetit hieman heikommaksi. Ajan myötä suorituskyky laskee. Tämä diagnosoidaan yleensä väärin laakerien kulumiseksi tai käämien huonontumiseksi.
2. Demagnetisoinnin kuormitusviiva
Avaintyökalu demagnetointianalyysissä on magneetin toimintapiste BH-demagnetointikäyrällä. Jokaisella NdFeB-magneetilla on julkaistu BH-käyrä useissa lämpötiloissa – tyypillisesti 20 astetta, 100 astetta, 150 astetta ja joskus 180 astetta. Moottorisuunnittelija laskee toimintapisteen: B:n (magneettivuon tiheys) ja H:n (magneettiin kohdistuva demagnetoiva kenttä) yhdistelmä pahimmassa mahdollisessa käyttötilanteessa, joka on tyypillisesti huippuvirta maksimikäyttölämpötilassa.
Toimintapisteen tulee pysyä BH-käyrän "polven" oikealla puolella - pisteessä, jossa käyrä alkaa kaartua jyrkästi alaspäin. Polven alapuolella demagnetisoivan kentän lisäys aiheuttaa peruuttamattoman vuonhäviön. Polven yläpuolella demagnetointi on palautuva: vuo pienenee väliaikaisesti kohdistetun kentän alla, mutta palautuu, kun kenttä poistetaan.
N42SH-magneeteille 150 asteen kulmassa (yleinen luokka teollisissa servo-sovelluksissa) BH-käyrän polvi on noin H=-950 kA/m. Jos moottorin rakenne johtaa demagnetointikentän huippuun -700 kA/m 150 asteen kulmassa ja huippuvirralla, polven yläpuolella on 250 kA/m marginaali. Tämän marginaalin tulee olla vähintään 150–200 kA/m konservatiivisessa suunnittelussa, joka ottaa huomioon magneetin välisen Hcj:n vaihtelun (tuotannossa tyypillisesti ±50 kA/m) ja lämpötilan mittauksen epävarmuuden.
3. Arvosanan jälkiliitteen valinta: mitä kirjain todellisuudessa tarkoittaa
Lämpöliite NdFeB-laatumerkinnöissä - H, SH, UH, EH - osoittaa maksimikäyttölämpötilan, jossa koersitiivisuus Hcj täyttää vähimmäisspesifikaation. N42 ilman päätettä on mitoitettu 80 asteen maksimikäyttölämpötilaan. N42H on mitoitettu 120 asteeseen. N42SH on mitoitettu 150 asteeseen. N42UH on mitoitettu 180 asteeseen. N42EH on mitoitettu 200 asteeseen.
Nämä eivät ole absoluuttisia lämpötilarajoja, joissa magneetti epäonnistuu välittömästi - ne ovat lämpötiloja, joissa minimi Hcj-spekki täyttyy. Nimellislämpötilan yläpuolella magneetti voi silti olla vakaa riippuen moottorin erityisestä demagnetointikentästä. Nimellislämpötilan alapuolella on ylimääräinen Hcj-marginaali.
Lajien valintavirhe, joka aiheuttaa eniten kenttävirheitä: päätteen määrittäminen käämin lämpötilan perusteella magneetin lämpötilan sijaan. Suljetussa servomoottorissa, jossa on pakotettu konvektiojäähdytys kotelossa, käämitys voi saavuttaa 130 astetta, kun taas magneetin pintalämpötila (joka vaikuttaa suoraan Hcj:ään) saavuttaa 110 astetta, koska magneetti on lähempänä jäähdytettyä kotelon seinämää. Sitä vastoin kehyksettömässä moottorissa, jossa roottoria ympäröi tyhjiö tai matalan johtavuuden rakenne, magneetin lämpötila voi ylittää käämin lämpötilan jatkuvan toiminnan aikana. Magneetin lämpötila on mitattava tai mallinnettava - sitä ei voida päätellä käämin lämpötilasta ilman moottorin geometrian lämpömallia.
4. Käytännön marginaalivaatimukset sovelluksen mukaan
Teolliset servoakselit (CNC, teollisuusrobotit): suunnittelu 30 % Hcj-marginaalille polven yläpuolella maksimikäämityslämpötilassa. 30 % johtuu ±5 %:n Hcj:n tuotannon vaihtelusta, lämpötilan mittauksen epävarmuudesta ja siitä, että vikaolosuhteet altistavat moottorin toisinaan nimellisarvoa suuremmille virroille.
Yhteistyössä toimivat robottiliitokset ja suoravetoiset momenttimoottorit: suunnittelu 40 % marginaalille. Yhteistyörobotteja käytetään usein lähellä niiden vääntömomenttirajoja kosketusrikkaissa tehtävissä, ja odottamattomien kosketustapahtumien huippuvirta voi hetkellisesti ylittää nimellisvirran. Kentän kunnostuskustannukset ovat niin korkeat, että konservatiivisuus kannattaa.
UAV-propulsiomoottorit: suunniteltu 25 %:n marginaalille jatkuvassa nimellislämpötilassa. UAV-moottorit ovat harvoin huippuvirralla pitkiä aikoja - huippuvirta esiintyy vain lentoonlähdön ja aggressiivisten liikkeiden aikana. Risteilyllä demagnetisoiva kenttä on selvästi huipun alapuolella. 25 % marginaali kattaa lentoonlähdön.
Korkeiden lämpötilojen sovellukset (ekstruuderikäytöt, työstökoneet lähellä kuumennettuja työkaluja): käytä SH- tai UH-laatua ja suunnittele 35 %:n marginaali magneetin maksimilämpötilassa, ei ympäristön lämpötilassa. Jos moottori on pultattu 180 astetta kuumennettuun levyyn, magneetin lämpötila lähestyy vakaassa tilassa 180 astetta käämin lämpötilasta riippumatta.
5. Mitä pyytää magneettitoimittajaltasi
Täydellinen demagnetointivastuksen eritelmä sisältää kolme osaa, jotka jokaisen pätevän magneettitoimittajan tulee pystyä toimittamaan:
Ensinnäkin koko BH-demagnetointikäyrä käyttölämpötilassa, ei vain huonelämpötilakäyrä. Moottorille, jonka magneettilämpötila on 150 astetta, tarvitset 150 asteen käyrän. Monet tietolomakkeet näyttävät vain 20 asteen tiedot - tämä ei riitä demagnetointianalyysiin.
Toiseksi pienin Hcj koko tuotantoerän lämpötilassa, ei tyypillinen tai nimellisarvo. Tuotanto NdFeB:n Hcj-vaihtelu on ±3–5 % samassa lajikkeessa. Moottorissa, joka on suunniteltu nimellisarvoon Hcj, on tuotannossa yksiköitä, jotka demagnetoituvat suunnitteluanalyysin mukaan turvallisissa käyttöolosuhteissa.
Kolmanneksi vuontiheyden kartoitusmittaus magnetoitujen magneettien näyteerässä. Mittaus vahvistaa, että tuotannossa saavutettu magnetointitaso vastaa spesifikaatiota. Se tarjoaa myös lähtötilan saapuville tarkastuksille - tulevia tuotantoeriä voidaan verrata perusviivaan magnetointiprosessin ajautumisen havaitsemiseksi ennen kuin se vaikuttaa moottorin suorituskykyyn kentällä.
HIMAGNET tarjoaa BH-käyrädataa käyttölämpötilassa, vähimmäishcj-tiedot tuotantoeräkohtaisesti ja vuotiheyden kartoituspalveluita moottorimagneetin kelpuutusta varten. Demagnetointimarginaalianalyysin tukemiseksi,ota yhteyttä suunnittelutiimiimmeluokkasi, käyttölämpötilasi ja huippudemagnetointikentän kanssa.
