ความหนาแน่นฟลักซ์ของช่องว่างแม่เหล็ก NdFeB: เป้าหมายการออกแบบ การเลือกเกรด และการวัด

การแนะนำ

เอกสารข้อมูลเกรดรายงานยอดคงเหลือ (Br) ภายใต้เงื่อนไขวงจรปิดและช่องว่างเป็นศูนย์ ตัวเลขที่ขับเคลื่อนแรงบิด, back-EMF และการออกแบบขดลวดคือความหนาแน่นของฟลักซ์ของช่องว่างอากาศ - ความหนาแน่นของฟลักซ์ที่แม่เหล็กส่งไปเมื่อมีช่องว่างอากาศจริง เหล็กสเตเตอร์ และเส้นทางการรั่วไหลอยู่ในวงจร ช่องว่างระหว่างเอกสารข้อมูล Br และความหนาแน่นฟลักซ์ของช่องว่างอากาศที่ใช้งานอยู่จะถูกควบคุมโดยค่าสัมประสิทธิ์การซึมผ่าน (Pc) ของวงจรแม่เหล็ก และเป็นจุดที่ขนาดมอเตอร์เบื้องต้นส่วนใหญ่ผิดพลาด คู่มือนี้กำหนดวิธีการแปลเป้าหมายความหนาแน่นฟลักซ์ของช่องว่างอากาศเป็นการตัดสินใจเกรด อุณหภูมิเปลี่ยนเป้าหมายนั้นอย่างไร และวิธีการตรวจสอบผลลัพธ์ในการผลิต

1. ความหนาแน่นฟลักซ์ของช่องว่างอากาศควบคุมได้จริงในการออกแบบมอเตอร์

ความหนาแน่นฟลักซ์ของช่องว่างอากาศ - สนามแม่เหล็กในช่องว่างทางกายภาพระหว่างแม่เหล็กโรเตอร์และเหล็กสเตเตอร์ - เป็นตัวเลขเดียวที่รับน้ำหนักได้มากที่สุดในมอเตอร์แม่เหล็กถาวร โดยจะกำหนดค่าคงที่ของแรงบิด, back-EMF, การสูญเสียแกน และปริมาณกระแสทองแดงที่คุณต้องการเพื่อให้ถึงเป้าหมายแรงบิดที่กำหนด หากทำผิดพลาด 15% และการออกแบบการพันขดลวดของคุณปิดอยู่ แบบจำลองความร้อนของคุณปิดอยู่ และแผนผังประสิทธิภาพของคุณดูไม่เหมือนต้นแบบเลย

Br (ปริมาณคงเหลือ) จากแผ่นข้อมูลแม่เหล็กไม่เหมือนกับความหนาแน่นฟลักซ์ของช่องว่างอากาศ Br คือคุณสมบัติของวัสดุที่วัดภายใต้สภาวะวงจรปิดและมีช่องว่างเป็นศูนย์ เมื่อคุณเปิดช่องว่างอากาศทางกายภาพ ความหนาแน่นของฟลักซ์จะลดลง และปริมาณที่ลดลงจะขึ้นอยู่กับรูปทรงของแม่เหล็ก ความยาวช่องว่างอากาศ เส้นทางการรั่วไหล และพฤติกรรมความอิ่มตัวของเหล็กสเตเตอร์ การปฏิบัติต่อ Br เป็นตัวแทนสำหรับความหนาแน่นฟลักซ์ของช่องว่างอากาศเป็นข้อผิดพลาดที่พบบ่อยที่สุดในการกำหนดขนาดมอเตอร์เบื้องต้น และจะให้ค่าประมาณแรงบิดในแง่ดีอย่างสม่ำเสมอ

2. ค่าสัมประสิทธิ์การซึมผ่านและเหตุใดจึงขับเคลื่อนการเลือกเกรด

จุดทำงานของแม่เหล็กในวงจรถูกกำหนดโดยสัมประสิทธิ์การซึมผ่าน Pc - อัตราส่วนของความยาวของแม่เหล็กต่อช่องว่างประสิทธิผลที่แม่เหล็กขับเคลื่อนฟลักซ์ สำหรับโรเตอร์ BLDC แบบฟลักซ์รัศมีส่วนใหญ่ที่มีขดลวดเข้มข้น พีซีจะอยู่ระหว่าง 3 ถึง 8 ในสภาวะที่ไม่มีโหลด ภายใต้ภาระ สนามสเตเตอร์จะล้างอำนาจแม่เหล็กของแม่เหล็ก โดยดันจุดปฏิบัติการให้ต่ำลง จุดตัดของเส้นโหลดกับเส้นโค้ง BH ให้ความหนาแน่นฟลักซ์จริงที่แม่เหล็กส่งออกมา

ที่ Pc=5 โดยไม่มีการรั่วไหล แม่เหล็กเกรด N45 (Br mut 1.33 T) ส่งกระแสแม่เหล็กประมาณ 1.1–1.15 T ในตัวแม่เหล็กเอง หลังจากคำนึงถึงการสูญเสียแนวขอบและการรั่วไหลตามปกติในสเตเตอร์แบบเคลือบจริงแล้ว ความหนาแน่นฟลักซ์ของช่องว่างอากาศจะอยู่ที่ประมาณ 0.85–0.95 T สำหรับมอเตอร์ BLDC ขนาดเล็กที่มีเป้าหมาย 0.9 T ในช่องว่าง N45 ถือว่าเหมาะสม การอัพเกรดเป็น N52 (Br µ 1.45 T) จะทำให้คุณได้รับประมาณ 0.06–0.08 T ในช่องว่าง - จริงแต่พอประมาณ ในมอเตอร์ขนาดกะทัดรัดที่ปริมาตรแม่เหล็กถูกจำกัดอยู่แล้ว ความแตกต่างนั้นมีความสำคัญ

3. การจับคู่เกรดกับเป้าหมาย Gap: ตารางการตัดสินใจเชิงปฏิบัติ

ตารางด้านล่างแมปเป้าหมายการออกแบบทั่วไปกับเกรด NdFeB โดยสมมติว่า Pc µ 4–6 และสเตเตอร์เคลือบทั่วไป สิ่งเหล่านี้คือจุดเริ่มต้น ไม่ใช่สิ่งทดแทน FEA

หากเป้าหมายความหนาแน่นฟลักซ์ของช่องว่างอากาศของคุณคือ 0.70–0.80 T: N35 หรือ N38 จะครอบคลุมค่าดังกล่าว ช่วงนี้เป็นเรื่องปกติในพัดลม ปั๊ม และมอเตอร์เครื่องใช้ไฟฟ้าขนาดเล็กที่คำนึงถึงต้นทุน ซึ่งต้นทุนแม่เหล็กเป็นข้อจำกัดหลัก การใช้ N45 ที่นี่เป็นการสิ้นเปลืองเงินและสร้างความเสี่ยงที่เหล็กสเตเตอร์จะดึงดูดแม่เหล็กมากเกินไปจนอิ่มตัว

สำหรับ 0.80–0.90 T: N42 หรือ N45 คือตัวเลือกมาตรฐาน มอเตอร์ BLDC และ PMSM อุตสาหกรรมระดับกลางส่วนใหญ่ลงจอดที่นี่ N42H เพิ่มอุณหภูมิเฮดรูมความร้อนเป็น 120 องศา โดยไม่เปลี่ยนฟลักซ์อุณหภูมิห้องอย่างมีนัยสำคัญ

สำหรับ 0.90–1.00 T: N48 หรือ N50 คุณเข้าสู่ดินแดนเซอร์โวที่มีประสิทธิภาพสูง โดยทั่วไปความหนาของแม่เหล็กจะเพิ่มขึ้นเพื่อรักษาจุดปฏิบัติการที่สูงขึ้น ในระดับนี้ ความคลาดเคลื่อนของการประกอบชิ้นส่วนบนช่องว่างอากาศกลายเป็นเรื่องสำคัญ - ความยาวช่องว่างที่แปรผัน 0.05 มม. ทำให้เกิดความหนาแน่นของฟลักซ์ที่แปรผันประมาณ 1.5–2%

มากกว่า 1.00 T: N52 ในการใช้งานขนาดเล็กที่ไม่เป็นพิษต่อความร้อนเท่านั้น N52 เป็นเส้นเขตแดนสำหรับการใช้งานในอุตสาหกรรมส่วนใหญ่ - Hcj ของมันต่ำกว่า N45H ดังนั้นความต้านทานต่อการล้างอำนาจแม่เหล็กภายใต้กระแสเกินหรืออุณหภูมิที่สูงขึ้นจึงแย่ลง การใช้ N52 ในมอเตอร์ที่มองเห็นขดลวด 80 องศาและการทำงานของสนามอ่อนลงถือเป็นความล้มเหลวในสนามที่รอให้เกิดขึ้น HIMAGNET แนะนำให้ลูกค้าลดขนาดจาก N52 เป็น N48H หรือ N45SH เป็นประจำในการใช้งานที่อุณหภูมิสูงสุดและกระแสไฟสูงสุดทับซ้อนกัน

4. ผลกระทบของอุณหภูมิต่อความหนาแน่นฟลักซ์ของช่องว่างอากาศ

ปริมาณคงเหลือของ NdFeB จะลดลงตามอุณหภูมิที่ประมาณ −0.11 ถึง −0.12%/ องศา สำหรับเกรดมาตรฐาน ช่วงการทำงานที่มากกว่า 100 องศา เช่น อุณหภูมิเริ่มเย็น 20 องศา จนถึงอุณหภูมิแม่เหล็กโรเตอร์ในสภาวะคงที่ 120 องศา - Br ลดลงประมาณ 11–12% นั่นหมายถึงมอเตอร์ที่ออกแบบมาสำหรับ 0.90 T ที่ 20 องศาจะผลิตได้ใกล้กับ 0.79–0.80 T ที่อุณหภูมิการทำงาน หากการคำนวณค่าคงที่แรงบิดของคุณขึ้นอยู่กับค่าความเย็น มอเตอร์ของคุณจะทำงานขาดแรงบิด ~11% ในสภาวะคงที่

วิธีที่ถูกต้องคือการระบุความหนาแน่นฟลักซ์ของช่องว่างอากาศที่อุณหภูมิแม่เหล็กสูงสุดที่คาดหวัง จากนั้นคำนวณย้อนกลับเกรดอุณหภูมิห้องที่ต้องการ สำหรับเป้าหมาย 0.88 T ที่อุณหภูมิแม่เหล็ก 100 องศา คุณต้องมีเกรดที่ให้พลังงานประมาณ 0.98–1.00 T ที่ 20 องศาภายใต้จุดปฏิบัติงานเดียวกัน - ซึ่งชี้ไปที่ N48 หรือ N50 ไม่ใช่ N45 นี่เป็นข้อผิดพลาดอย่างเป็นระบบในเอกสารข้อมูลมอเตอร์หลายฉบับที่ระบุ "N45" โดยไม่ผ่านการรับรองอุณหภูมิที่วัด

การเปลี่ยนไปใช้เกรดต่อท้าย H หรือ SH จะไม่เพิ่มฟลักซ์ของอุณหภูมิห้อง แต่จะเพิ่มความบีบบังคับ (Hcj) เพื่อต้านทานการล้างอำนาจแม่เหล็กที่อุณหภูมิสูง หากอุณหภูมิในการทำงานของคุณต่ำกว่า 100 องศา และคุณไม่ทำให้สนามอ่อนลง ค่า Hcj ของ N45 มาตรฐานก็เพียงพอแล้ว และไม่มีเหตุผลแม่เหล็กที่จะต้องจ่ายเบี้ยประกันภัยสำหรับ N45H

5. การวัดความหนาแน่นฟลักซ์ของช่องว่างอากาศในการผลิต

ความหนาแน่นของฟลักซ์ในช่องว่างอากาศสามารถวัดได้โดยตรงด้วยหัววัด Hall บนโรเตอร์ที่ประกอบแล้ว หรืออนุมานจากการวัดฟลักซ์บนแม่เหล็กแต่ละตัวบวกกับแบบจำลองวงจร ทั้งสองวิธีมีข้อดีข้อเสีย

การวัดหัววัด Hall โดยตรงในช่องว่างนั้นแม่นยำสำหรับการประกอบเฉพาะที่วัด แต่ต้องมีการประกอบมอเตอร์อย่างน้อยบางส่วน โดยจะตรวจจับความแปรผันของการประกอบ - ความหนาของแม่เหล็กไม่ถูกต้อง การเอียงของโรเตอร์ ความแปรผันของเส้นกาว - ซึ่งการวัดระดับชิ้นส่วนพลาดไป สำหรับการผลิตที่มีปริมาณมาก การวัดในช่องว่าง 100% จะทำไม่ได้ในทางปฏิบัติ การตรวจสอบตามตัวอย่างที่มีการควบคุม Br แม่เหล็กขาเข้าที่แน่นหนาเป็นแนวทางมาตรฐาน

สำหรับการตรวจสอบแม่เหล็กที่เข้ามา การวัดฟลักซ์บนฟิกซ์เจอร์ที่สอบเทียบแล้ว (การวัดฟลักซ์ทั้งหมดหรือสนามพื้นผิวจุดสูงสุด) จะสามารถทำซ้ำได้มากกว่าการอ่านค่าของ Hall Probe เนื่องจากค่าดังกล่าวมีค่าเฉลี่ยเหนือหน้าแม่เหล็ก ฟิกซ์เจอร์จะต้องได้รับการสอบเทียบกับแม่เหล็กด้วย Br ที่ทราบ และต้องสร้างความสัมพันธ์กับความหนาแน่นฟลักซ์ของช่องว่างอากาศในมอเตอร์ในเชิงประจักษ์สำหรับรูปทรงของมอเตอร์แต่ละตัว ปัจจัยสหสัมพันธ์ที่ 0.75–0.85 ระหว่างสนามพื้นผิวฟิกซ์เจอร์และความหนาแน่นของช่องว่างอากาศในมอเตอร์เป็นเรื่องปกติสำหรับแม่เหล็กส่วนโค้งแบบแบ่งส่วนในโรเตอร์ BLDC

6. รายการตรวจสอบการเลือกเกรดก่อนที่คุณจะระบุ

ก่อนที่จะล็อคเกรดบนภาพวาด ให้ตรวจสอบห้าคะแนนเหล่านี้ก่อน แต่ละอันทำให้เกิดปัญหาในการผลิตเมื่อข้ามไป

ประการแรก: อุณหภูมิพื้นผิวแม่เหล็กสูงสุดในกรณีเลวร้ายที่สุดคือเท่าใด ไม่ใช่แค่อุณหภูมิโดยรอบ ใช้การจำลองหรือการวัดความร้อน ไม่ใช่การประมาณตามอุณหภูมิของขดลวดเพียงอย่างเดียว เนื่องจากช่องว่างระหว่างอุณหภูมิของขดลวดและแม่เหล็กเป็นการออกแบบเฉพาะของมอเตอร์ และอาจอยู่ที่ 20–40 องศาในการออกแบบที่มีการเติมร่องสูง

ประการที่สอง: พีซีขั้นต่ำในวงจรภายใต้กระแสล้างอำนาจแม่เหล็กสูงสุดคือเท่าใด นี่คือจุดตัดของเส้นโหลดที่กำหนดว่าแม่เหล็กทำงานเหนือหรือใต้เข่า หากจุดปฏิบัติการภายใต้การลดกำลังของสนามแม่เหล็กลดลงต่ำกว่าเข่าสำหรับเกรดที่คุณเลือก จะเกิดการลดอำนาจแม่เหล็กแบบย้อนกลับไม่ได้ และคุณลักษณะของมอเตอร์จะเปลี่ยนไปอย่างถาวร

ประการที่สาม: มีการควบคุมความยาวของช่องว่างอากาศอย่างแน่นหนาเพียงพอหรือไม่ที่ Cpk ที่สมเหตุสมผลของความทนทานต่อช่องว่างจะไม่สร้างการเปลี่ยนแปลงในความหนาแน่นของฟลักซ์มากกว่า ±3% หรือไม่ ถ้าไม่เช่นนั้นให้ขันความอดทนให้แน่นก่อนอัพเกรดเกรดแม่เหล็ก

ประการที่สี่: เหล็กสเตเตอร์มีอัตรา Bsat เพียงพอที่ความหนาแน่นฟลักซ์ของช่องว่างอากาศเป้าหมายหรือไม่ การเพิ่มจาก 0.85 T เป็น 0.95 T ในช่องว่างสามารถทำให้ฟันที่ออกแบบไม่ดีอิ่มตัวได้ ซึ่งช่วยลดแรงบิดที่เพิ่มขึ้นและเพิ่มการสูญเสียธาตุเหล็ก

ประการที่ห้า: ราคาพรีเมียมของ N48 หรือ N50 นั้นสมเหตุสมผลจากความหนาแน่นของแรงบิดที่เพิ่มขึ้น หรือแรงบิดเดียวกันนี้สามารถทำได้ด้วย N45 และแม่เหล็กที่ใหญ่กว่าเล็กน้อยหรือไม่ ในปริมาณการผลิตที่มากกว่า 10,000 หน่วย ความแตกต่างของต้นทุนเกรดมักจะสูงกว่าต้นทุนเครื่องมือของช่องโรเตอร์ที่ใหญ่กว่าเล็กน้อย ทีมวิศวกรของ HIMAGNET สามารถเปรียบเทียบรูปทรงของคุณได้ ติดต่อเราเพื่อแจ้ง OD ของมอเตอร์ ความยาวปึก และเป้าหมายแรงบิด

HIMAGNET รองรับข้อกำหนดความหนาแน่นฟลักซ์ของ Air Gap อย่างไร

HIMAGNET ให้ข้อมูลประสิทธิภาพของแม่เหล็ก รวมถึงเส้นโค้งการลดอำนาจแม่เหล็กเต็มรูปแบบที่อุณหภูมิหลายระดับ (20 องศา 60 องศา 100 องศา 120 องศา 150 องศา ขึ้นอยู่กับเกรด) ดังนั้นลูกค้าจึงสามารถดำเนินการวิเคราะห์สายโหลดและจุดปฏิบัติงานโดยไม่ต้องเริ่มจากแผ่นข้อมูลเปล่า สำหรับโปรแกรมมอเตอร์แบบกำหนดเอง ทีมวิศวกรของเราจะตรวจสอบรูปทรงของวงจร - ความยาวแม่เหล็ก ช่องว่างอากาศ และการกำหนดค่าสเตเตอร์ - เพื่อยืนยันว่าการเลือกเกรดตรงตามความหนาแน่นฟลักซ์ของช่องว่างอากาศเป้าหมายที่อุณหภูมิการทำงานที่ระบุก่อนที่การออกแบบจะถูกล็อค

หากคุณมีความหนาแน่นของฟลักซ์ของช่องว่างอากาศเป้าหมาย อุณหภูมิในการทำงาน และรูปทรงของมอเตอร์ โปรดติดต่อ HIMAGNET เพื่อแจ้งข้อกำหนดเฉพาะของคุณเพื่อตรวจสอบการเลือกเกรด