چگالی شار شکاف هوا مغناطیسی NdFeB: اهداف طراحی، انتخاب درجه و اندازه گیری

مقدمه

برگه‌های درجه، ماندگاری (Br) را در شرایط مدار بسته و شکاف صفر گزارش می‌کنند. عددی که در واقع گشتاور، عقب-EMF و طراحی سیم پیچ را به حرکت در می آورد، چگالی شار شکاف هوا است - چگالی شاری که آهنربا زمانی که یک شکاف هوای واقعی، آهن استاتور و مسیرهای نشتی در مدار هستند، ارائه می دهد. شکاف بین برگه داده Br و چگالی شار شکاف هوای حین سرویس توسط ضریب نفوذ (Pc) مدار مغناطیسی کنترل می‌شود و این جایی است که اکثر اندازه‌های اولیه موتور اشتباه می‌شود. این راهنما نحوه ترجمه هدف چگالی شار شکاف هوا را به تصمیم درجه، نحوه تغییر دما آن هدف و چگونگی تأیید نتیجه در تولید را شرح می‌دهد.

1. چگالی شار شکاف هوا در طراحی موتور واقعاً چه چیزی را کنترل می کند

چگالی شار شکاف هوا - میدان مغناطیسی در شکاف فیزیکی بین آهنربای روتور و آهن استاتور - تنها باربرترین عدد در یک موتور آهنربای دائم است. گشتاور ثابت، EMF برگشتی، تلفات هسته و مقدار جریان مسی که برای برخورد با هدف گشتاور معین نیاز دارید را تعیین می کند. تا 15 درصد اشتباه کنید و طراحی سیم پیچ شما خاموش است، مدل حرارتی شما خاموش است، و نقشه کارایی شما هیچ شباهتی به نمونه اولیه ندارد.

Br (بازماندن) از برگه داده آهنربا با چگالی شار شکاف هوا یکسان نیست. Br یک ویژگی مادی است که در شرایط مدار بسته و شکاف صفر اندازه گیری می شود. لحظه ای که یک شکاف فیزیکی هوا را باز می کنید، چگالی شار کاهش می یابد - و میزان کاهش آن به هندسه آهنربا، طول شکاف هوا، مسیرهای نشتی و رفتار اشباع آهن استاتور بستگی دارد. در نظر گرفتن Br به عنوان یک پروکسی برای چگالی شار شکاف هوا، رایج‌ترین اشتباه در اندازه‌گیری اولیه موتور است، و به طور مداوم تخمین‌های گشتاور خوش‌بینانه را تولید می‌کند.

2. ضریب نفوذ و چرایی انتخاب نمره

نقطه عملکرد یک آهنربا در مدار با ضریب نفوذ Pc - نسبت طول آهنربا به شکاف موثری که شار را در سراسر آن هدایت می کند، تعریف می شود. برای اکثر روتورهای BLDC شار شعاعی با سیم پیچی متمرکز، PC در شرایط بدون بار بین 3 تا 8 سقوط می کند. تحت بار، میدان استاتور آهنربا را غیر مغناطیس می کند و نقطه عملیاتی را پایین می آورد. تقاطع خط بار با منحنی BH چگالی شار واقعی آهنربا را می دهد.

در رایانه شخصی=5 بدون نشتی، یک آهنربای درجه N45 (Br ≈ 1.33 T) تقریباً 1.1-1.15 T را در خود آهنربا ارسال می کند. پس از محاسبه تلفات حاشیه ای و نشت معمولی در استاتورهای چند لایه واقعی، چگالی شار شکاف هوا در حدود 0.85-0.95 T می رسد. برای یک موتور BLDC کوچک که 0.9 T در شکاف را هدف قرار می دهد، N45 یک تطابق منطقی است. ارتقاء به N52 (Br ≈ 1.45 T) حدود 0.06 تا 0.08 T در شکاف به دست می آورید - واقعی اما متوسط. در یک موتور فشرده که حجم آهنربا از قبل محدود شده است، این تفاوت مهم است.

3. تطبیق نمره با هدف شکاف: جدول تصمیم گیری عملی

جدول زیر اهداف طراحی رایج را با درجات NdFeB، با فرض PC ≈ 4-6 و یک استاتور چند لایه معمولی، ترسیم می کند. اینها نقطه شروع هستند، نه جایگزین FEA.

اگر هدف چگالی شار شکاف هوایی شما 0.70-0.80 T است: N35 یا N38 آن را پوشش می دهد. این محدوده در فن‌ها، پمپ‌ها و موتورهای لوازم کوچک حساس به هزینه که در آن‌ها هزینه آهنربا یک محدودیت غالب است، رایج است. استفاده از N45 در اینجا پول را هدر می دهد و خطر مغناطیسی بیش از حد آهن استاتور شما را به اشباع می دهد.

برای 0.80-0.90 T: N42 یا N45 انتخاب استاندارد است. اکثر موتورهای BLDC و PMSM صنعتی میان رده در اینجا فرود می آیند. N42H فضای سر حرارتی را به 120 درجه اضافه می کند بدون اینکه تغییر قابل توجهی در شار دمای اتاق ایجاد کند.

برای 0.90-1.00 T: N48 یا N50. شما وارد قلمرو سروو با عملکرد بالا هستید. ضخامت آهنربا معمولاً برای حفظ نقطه عملیاتی بالاتر افزایش می یابد. در این سطح، تلورانس های مونتاژ در شکاف هوا بسیار مهم می شود - یک تغییر 0.05 میلی متری در طول شکاف حدود 1.5-2٪ تغییر در چگالی شار ایجاد می کند.

بالاتر از 1.00 T: N52 فقط در کاربردهای کوچک و از نظر حرارتی خوش خیم. N52 برای بیشتر مصارف صنعتی مرزی است - Hcj آن کمتر از N45H است، بنابراین مقاومت در برابر مغناطیس زدایی تحت جریان اضافه یا دمای بالا بدتر است. استفاده از N52 در موتوری که سیم‌پیچ‌های 80 درجه‌ای را می‌بیند و عملیات تضعیف میدان را مشاهده می‌کند، یک شکست میدانی است که در انتظار وقوع است. HIMAGNET به طور منظم به مشتریان توصیه می‌کند در برنامه‌هایی که دمای اوج و جریان اوج همپوشانی دارند، اندازه‌شان را از N52 به N48H یا N45SH کاهش دهند.

4. اثرات دما بر چگالی شار شکاف هوا

ماندگاری NdFeB با دما در حدود -0.11 تا -0.12٪ / درجه برای درجه های استاندارد کاهش می یابد. در محدوده کاری 100 درجه - مثلاً شروع سرد 20 درجه تا دمای مغناطیس روتور حالت پایدار 120 درجه - Br تقریباً 11-12٪ کاهش می یابد. این بدان معناست که موتوری که برای 0.90 T در 20 درجه طراحی شده است، در دمای کارکرد نزدیک به 0.79-0.80 T تولید می کند. اگر محاسبه ثابت گشتاور شما بر اساس مقدار سرد باشد، موتور شما 11٪ کمتر از گشتاور در حالت ثابت کار می کند.

روش صحیح این است که چگالی شار شکاف هوا را در حداکثر دمای آهنربا مورد انتظار مشخص کنید، سپس درجه دمای اتاق مورد نیاز را مجدداً محاسبه کنید. برای هدف 0.88 T در دمای 100 درجه مغناطیس، به درجه ای نیاز دارید که تقریباً 0.98-1.00 T را در 20 درجه در همان نقطه عملیاتی ارائه دهد - که به N48 یا N50 اشاره دارد، نه N45. این یک خطای سیستماتیک در بسیاری از برگه‌های موتور است که «N45» را بدون تعیین دمای اندازه‌گیری مشخص می‌کنند.

تغییر به درجه پسوند H یا SH شار دمای اتاق را افزایش نمی دهد - برای مقاومت در برابر مغناطیس زدایی در دمای بالا، اجبار (Hcj) را افزایش می دهد. اگر دمای کار شما زیر 100 درجه است و میدان ضعیفی ندارید، Hcj استاندارد N45 کافی است و هیچ دلیل مغناطیسی برای پرداخت حق بیمه برای N45H وجود ندارد.

5. اندازه گیری چگالی شار شکاف هوا در تولید

چگالی شار در شکاف هوا را می‌توان مستقیماً با یک پروب هال روی روتور مونتاژ شده اندازه‌گیری کرد، یا از اندازه‌گیری شار روی آهن‌رباهای جداگانه به‌علاوه یک مدل مدار استنباط کرد. هر دو رویکرد معاوضه هایی دارند.

اندازه گیری کاوشگر مستقیم هال در شکاف برای مجموعه خاص اندازه گیری شده دقیق است اما نیازمند مونتاژ موتور حداقل تا حدی است. تغییرات مونتاژ - ضخامت آهنربا نادرست، انحراف روتور، تغییر خط چسب - که اندازه‌گیری سطح جزئی را از دست می‌دهد. برای تولید با حجم بالا، اندازه گیری 100% درون شکاف غیرعملی است. بازرسی مبتنی بر نمونه با کنترل آهنربای ورودی محکم Br رویکرد استاندارد است.

برای بازرسی آهنربای ورودی، اندازه‌گیری شار بر روی یک فیکسچر کالیبره‌شده (اندازه‌گیری شار کل یا میدان سطح پیک) قابل تکرارتر از خواندن پروب هال است، زیرا میانگین آن روی صفحه آهنربا است. فیکسچر باید در برابر آهنرباهایی با Br شناخته شده کالیبره شود، و همبستگی با چگالی شار شکاف هوای درون موتور باید به صورت تجربی برای هر هندسه موتور برقرار شود. فاکتورهای همبستگی 0.75-0.85 بین میدان سطح فیکسچر و چگالی شکاف هوای داخل موتور برای آهنرباهای قوس تقسیم‌بندی شده در روتورهای BLDC معمول است.

6. چک لیست انتخاب نمره قبل از اینکه مشخص کنید

قبل از قفل کردن نمره روی یک نقاشی، این پنج نقطه را بررسی کنید. هر کدام از آنها در صورت حذف مشکلاتی در تولید ایجاد کرده اند.

اول: حداکثر دمای سطح آهنربا در بدترین حالت، نه فقط در محیط، چقدر است؟ از شبیه‌سازی یا اندازه‌گیری حرارتی استفاده کنید - تخمینی بر اساس دمای سیم‌پیچ به تنهایی نیست، زیرا شکاف بین دمای سیم‌پیچ و آهنربا مختص طراحی موتور است و می‌تواند در طرح‌های پر شیار بالا 20 تا 40 درجه باشد.

دوم: حداقل PC در مدار تحت حداکثر جریان مغناطیس زدایی چقدر است؟ این تقاطع خط بار است که تعیین می کند آهنربا در بالای زانو یا زیر زانو خود عمل کند. اگر نقطه عملیاتی تحت تضعیف میدان برای درجه انتخابی شما به زیر زانو برسد، مغناطیس زدایی برگشت ناپذیر رخ می دهد و ویژگی های موتور به طور دائم تغییر می کند.

سوم: آیا طول شکاف هوا به اندازه کافی کنترل می شود که یک Cpk معقول در تحمل شکاف بیش از 3 ± درصد تغییر در چگالی شار ایجاد نکند؟ اگر نه، قبل از ارتقاء درجه آهنربا، تلرانس را محکم کنید.

چهارم: آیا آهن استاتور دارای حاشیه Bsat کافی در چگالی شار شکاف هوای هدف است؟ رفتن از 0.85 T به 0.95 T در شکاف می تواند دندانی با طراحی ضعیف را اشباع کند و بخش زیادی از افزایش گشتاور را از بین ببرد و اتلاف آهن را افزایش دهد.

پنجم: آیا حق بیمه N48 یا N50 با افزایش چگالی گشتاور توجیه می شود یا می توان همان گشتاور را با N45 و آهنرباهای کمی بزرگتر بدست آورد؟ در مقادیر تولید بالای 10000 واحد، تفاوت درجه قیمت اغلب از هزینه ابزارآلات یک جیب روتور کمی بزرگتر بیشتر است. تیم مهندسی HIMAGNET می تواند مقایسه ای را در مورد هندسه شما انجام دهد - با ما در مورد OD موتور، طول پشته و هدف گشتاور خود با ما تماس بگیرید.

چگونه HIMAGNET از مشخصات چگالی شار شکاف هوا پشتیبانی می کند

HIMAGNET داده های عملکرد آهنربا، از جمله منحنی های مغناطیس زدایی کامل را در دماهای چندگانه (20 درجه، 60 درجه، 100 درجه، 120 درجه، 150 درجه بسته به درجه) فراهم می کند، بنابراین مشتریان می توانند بدون شروع از یک دیتاشیت خالی، تحلیل خط بار و نقطه عملیاتی را اجرا کنند. برای برنامه های موتور سفارشی، تیم مهندسی ما هندسه مدار - طول آهنربا، شکاف هوا، و پیکربندی استاتور - را بررسی می کند تا تأیید کند که انتخاب درجه چگالی شار شکاف هوای مورد نظر را در دمای عملیاتی مشخص شده قبل از قفل شدن طرح برآورده می کند.

اگر چگالی شار شکاف هوا، دمای عملیاتی و هندسه موتور را دارید، برای بررسی انتخاب درجه با مشخصات خود با HIMAGNET تماس بگیرید.