Робочі точки в замкнутих і відкритих магнітних ланцюгах
У замкнутому магнітному ланцюзі (наприклад, магніт, затиснутий між сталевими ярмами) коефіцієнт проникності (Pc) високий, зазвичай 5-10. Магніт працює в лінійній області кривої розмагнічування, далеко від коліна. Ризик розмагнічування низький навіть при підвищених температурах.
У розімкнутому ланцюзі (наприклад, один магніт у повітрі) Pc низький (0,1-0,5). Робоча точка знаходиться біля коліна. Будь-яке протилежне поле або підвищення температури може підштовхнути його до незворотної втрати. З цієї причини магнітні сепаратори та утримуючі пристрої використовують сталеві полюсні наконечники для збільшення Pc.
У двигуні з постійними магнітами магніти ротора зазнають різного Pc залежно від положення ротора та струму статора. При піковому навантаженні поле розмагнічування від реакції якоря може знизити локальний Pc нижче 1,0, створюючи ризик розмагнічування на краях магніту.
Моделювання локального розмагнічування від зворотних магнітних полів
Програмне забезпечення FEA (наприклад, Ansys Maxwell, JMAG, Motor-CAD) обчислює вектор магнітного поля для кожного кінцевого елемента магніту. Потім поле порівнюється з кривою BH при робочій температурі. Якщо величина поля перевищує власну коерцитивну силу (Hcj) у цій точці, елемент вважається розмагніченим.
Ми моделюємо три умови:
Номінальне навантаження при максимальній температурі навколишнього середовища.
Перевантаження (2x або 3x номінальний струм) протягом 10 секунд.
Стан зупинки (нульова швидкість ротора, подана повна напруга).
Вихідні карти показують відсоток розмагнічування по об’єму магніту. Як правило, краї та кути є найбільш уразливими. Прийнятний поріг:<5% demagnetization after 1000 cycles; <2% for automotive or aerospace applications.
Оптимізація фасок і коефіцієнтів товщини за допомогою програмного забезпечення FEA
Геометричні зміни значно знижують ризик розмагнічування. Додавання фаски або радіуса 0,5-1,5 мм на краях магніту зменшує локальну концентрацію поля. FEA дозволяє проводити швидку ітерацію: один інженер може оцінити 20-30 варіантів фаски за день, тоді як фізичне тестування кожної ітерації займе тижні.
Співвідношення товщини (товщина магніту / довжина повітряного зазору) також впливає на розмагнічування. Для даного двигуна збільшення товщини магніту з 3 мм до 4 мм підвищує Pc з 1,2 до 1,6, зменшуючи ризик розмагнічування на 40-50% за тієї самої робочої температури. Однак більш товсті магніти збільшують інерцію ротора та вартість матеріалу. FEA оптимізує коефіцієнт товщини для мінімальних витрат, залишаючись вище порогу розмагнічування.
Перехресна-перевірка результатів прототипування за допомогою обчислювальних даних
Після FEA оптимізації ми виготовляємо фізичні прототипи (5-10 штук) і проводимо валідацію розмагнічування:
Виміряйте потік при кімнатній температурі (котушкою Гельмгольца або флюксметром).
Нагрійте вузол до максимальної робочої температури протягом 1 години.
Застосуйте імпульс зворотного поля або запустіть двигун при перевантаженні.
Охолодіть до кімнатної температури та повторно-виміряйте потік.
Необоротна втрата=(flux_after - flux_before) / flux_before × 100%. Кореляція з ЗЕД має бути в межах 10-15%. Якщо невідповідність перевищує 20%, ми вдосконалюємо моделювання (наприклад, додаємо ефект зміни властивостей матеріалу, виробничі допуски).
Для спеціальних магнітних рішень, які вимагають аналізу розмагнічування FEA, зокрема роторів IPM, роторних магнітів -типу спиць і магнітних муфт, зверніться до нашої сторінки технічної підтримки Finite Element Analysis на нашому веб-сайті. Ми надаємо повні звіти про моделювання з кожним прототипом.
Щоб подати запит на оцінку ризику розмагнічування для існуючої або запланованої конструкції двигуна, зв’яжіться з нашою командою інженерів FEA. Надішліть форму хвилі струму статора, розміри ротора, ступінь магніту та максимальну температуру. Ми повертаємо звіт про моделювання протягом 3-5 робочих днів.
Часті запитання
З: Наскільки точним є FEA прогнозування розмагнічування порівняно з-тестуванням двигуна в реальних умовах?
A: В межах ±10% для властивостей однорідного магніту. Відхилення відбувається від фактичної партії магніту Hcj-до-партії (±5%) і похибки вимірювання температури. Ми рекомендуємо запас надійності на 15% нижче номінального Hcj.
Q: Чи можете ви змоделювати розмагнічування для збірки масиву Halbach?
A: Так. Масиви Halbach мають складні шляхи потоку, але FEA обробляє їх точно. Ми спеціалізуємося на конфігураціях Halbach для лінійних двигунів і градієнтних котушок МРТ.
З: Яка мінімальна товщина магніту, щоб уникнути розмагнічування в 150-градусному PMSM?
A: Залежить від повітряного зазору та струму статора. Як правило, мінімальна товщина PMSM для поверхневого-монтування з повітряним зазором 1 мм і магнітами N35SH становить 3,5 мм. Для N42SH, 4,5 мм. Запустіть FEA для вашої точної геометрії.
