راه حل های مغناطیسی سفارشی: استفاده از FEA برای جلوگیری از مغناطیس زدایی

در یک مدار مغناطیسی بسته (مثلاً یک آهنربا که بین یوغ های فولادی قرار می گیرد)، ضریب نفوذ (Pc) بالا است، معمولاً 5-10. آهنربا در ناحیه خطی منحنی مغناطیس زدایی، دور از زانو عمل می کند. خطر مغناطیس زدایی حتی در دماهای بالا کم است.

در مدار باز (مثلاً یک آهنربا به تنهایی در هوا)، PC کم است (0.1-0.5). نقطه عمل در نزدیکی زانو قرار دارد. هر میدان مخالف یا افزایش دما می تواند آن را به سمت از دست دادن غیر قابل برگشت سوق دهد. به همین دلیل جداکننده های مغناطیسی و دستگاه های نگهدارنده از قطعات قطب فولادی برای افزایش PC استفاده می کنند.

در یک موتور آهنربای دائم، آهنرباهای روتور بسته به موقعیت روتور و جریان استاتور، یک PC متغیر را تجربه می کنند. در اوج بار، میدان مغناطیسی زدایی از واکنش آرمیچر می تواند PC محلی را کمتر از 1.0 کاهش دهد و خطر مغناطیس زدایی را در لبه های آهنربا ایجاد کند.

نرم افزار FEA (به عنوان مثال، Ansys Maxwell، JMAG، Motor-CAD) بردار میدان مغناطیسی را در هر عنصر محدود آهنربا محاسبه می کند. سپس میدان با منحنی BH در دمای عملیاتی مقایسه می شود. اگر بزرگی میدان در آن نقطه از اجبار ذاتی (Hcj) بیشتر شود، عنصر مغناطیس زدایی در نظر گرفته می شود.

ما سه شرط را شبیه سازی می کنیم:

بار نامی در حداکثر دمای محیط.

اضافه بار (2x یا 3x جریان نامی) به مدت 10 ثانیه.

وضعیت استال (سرعت روتور صفر، ولتاژ کامل اعمال شده).

نقشه های خروجی درصد مغناطیس زدایی را در سراسر حجم آهنربا نشان می دهد. به طور معمول، لبه ها و گوشه ها آسیب پذیرترین هستند. آستانه قابل قبول:<5% demagnetization after 1000 cycles; <2% for automotive or aerospace applications.

تغییرات هندسی به طور قابل توجهی خطر مغناطیس زدایی را کاهش می دهد. افزودن پخ یا شعاع 0.5-1.5 میلی متری روی لبه های آهنربا، غلظت میدان موضعی را کاهش می دهد. FEA امکان تکرار سریع را می دهد: یک مهندس می تواند 20-30 تغییرات پخ را در روز ارزیابی کند، در حالی که آزمایش فیزیکی هر تکرار هفته ها طول می کشد.

نسبت ضخامت (ضخامت آهنربا / طول شکاف هوا) نیز بر مغناطیس زدایی تأثیر می گذارد. برای یک موتور معین، افزایش ضخامت آهنربا از 3 میلی‌متر به 4 میلی‌متر، رایانه شخصی را از 1.2 به 1.6 افزایش می‌دهد و خطر مغناطیس‌زدایی را تا 40 تا 50 درصد در دمای کاری مشابه کاهش می‌دهد. با این حال، آهنرباهای ضخیم تر، اینرسی روتور و هزینه مواد را افزایش می دهند. FEA نسبت ضخامت را برای حداقل هزینه بهینه می کند در حالی که بالاتر از آستانه مغناطیس زدایی باقی می ماند.

پس از بهینه‌سازی FEA، نمونه‌های اولیه فیزیکی (5-10 قطعه) را تولید می‌کنیم و اعتبار سنجی مغناطیس‌زدایی را انجام می‌دهیم:

شار را در دمای اتاق (کویل هلمهولتز یا شار سنج) اندازه گیری کنید.

مجموعه را تا حداکثر دمای عملیاتی به مدت 1 ساعت گرم کنید.

یک پالس میدان معکوس اعمال کنید یا موتور را در زمان اضافه بار روشن کنید.

تا دمای اتاق خنک شود و شار را دوباره-اندازه گیری کنید.

تلفات برگشت ناپذیر=(شار_پس از - شار_قبل) / شار_قبل × 100%. همبستگی با FEA باید بین 10-15٪ باشد. اگر عدم تطابق بیش از 20٪ باشد، شبیه سازی را اصلاح می کنیم (به عنوان مثال، اضافه کردن اثر تغییرات خواص مواد، تحمل های تولید).

برای راه‌حل‌های مغناطیسی سفارشی که نیاز به تجزیه و تحلیل مغناطیس‌زدایی FEA دارند - از جمله روتورهای IPM، آهنرباهای روتور{0}نوع پره، و کوپلینگ‌های مغناطیسی - لطفاً به صفحه پشتیبانی فنی تحلیل المان محدود ما در وب‌سایت ما مراجعه کنید. ما گزارش های کامل شبیه سازی را با هر نمونه اولیه ارائه می دهیم.

برای درخواست ارزیابی خطر مغناطیس زدایی برای طراحی موتور موجود یا برنامه ریزی شده خود، با تیم مهندسی FEA ما تماس بگیرید. شکل موج جریان استاتور، ابعاد روتور، درجه آهنربا و حداکثر دما را ارسال کنید. ما یک گزارش شبیه سازی را ظرف 3-5 روز کاری برمی گردانیم.

س: FEA در پیش‌بینی مغناطیس‌زدایی در مقایسه با آزمایش موتور واقعی{0}}چقدر دقیق است؟
A: در ± 10٪ برای خواص آهنربای همگن. تغییر از دسته ای آهنربای Hcj واقعی-به-گروهی (±۵%) و خطای اندازه گیری دما می باشد. ما حاشیه ایمنی 15٪ کمتر از Hcj رتبه بندی شده را توصیه می کنیم.

س: آیا می توانید مغناطیس زدایی را برای مجموعه آرایه هالباخ ​​شبیه سازی کنید؟
ج: بله. آرایه های Halbach مسیرهای شار پیچیده ای دارند، اما FEA آنها را به دقت مدیریت می کند. ما در پیکربندی Halbach برای موتورهای خطی و سیم پیچ های گرادیان MRI تخصص داریم.

س: حداقل ضخامت آهنربا برای جلوگیری از مغناطیس زدایی در PMSM 150 درجه چقدر است؟
A: به شکاف هوا و جریان استاتور بستگی دارد. به عنوان یک قاعده کلی برای نصب PMSM سطح-با شکاف هوای 1 میلی متری و آهنرباهای N35SH، حداقل ضخامت 3.5 میلی متر است. برای N42SH، 4.5 میلی متر. FEA را برای هندسه دقیق خود اجرا کنید.