แม่เหล็ก NdFeB ในมอเตอร์ไฟฟ้า: คู่มือการเลือกและการออกแบบ

การแนะนำ

มอเตอร์ไฟฟ้าถือเป็นการใช้งานครั้งเดียวที่ใหญ่ที่สุดของแม่เหล็ก NdFeBทั่วโลก ตั้งแต่มอเตอร์กระแสตรงไร้แปรงถ่านในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ไปจนถึงมอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวรในยานพาหนะไฟฟ้า การออกแบบวงจรแม่เหล็กจะกำหนดประสิทธิภาพของมอเตอร์ ความหนาแน่นของแรงบิด และเสถียรภาพทางความร้อนโดยตรง คู่มือนี้ครอบคลุมวิธีการใช้แม่เหล็กนีโอไดเมียมในมอเตอร์ไฟฟ้า วิธีเลือกเกรดที่เหมาะสมสำหรับประเภทมอเตอร์ของคุณ และสิ่งที่วิศวกรต้องระบุเมื่อจัดหาแม่เหล็กสำหรับการใช้งานมอเตอร์

เหตุใด NdFeB จึงครองการใช้งานมอเตอร์

1. กรณีของมอเตอร์แม่เหล็กถาวร

มอเตอร์แม่เหล็กถาวรจะมาแทนที่โรเตอร์แม่เหล็กไฟฟ้าของมอเตอร์เหนี่ยวนำทั่วไปด้วยโรเตอร์ที่มีแม่เหล็กถาวรพลังงานสูง ซึ่งช่วยลดการสูญเสียทองแดงของโรเตอร์และลดกระแสแม่เหล็กที่ดึงมาจากอินเวอร์เตอร์ ทำให้ได้ประสิทธิภาพเพิ่มขึ้นอย่างมาก โดยเฉพาะอย่างยิ่งที่โหลดบางส่วน ซึ่งมอเตอร์เหนี่ยวนำมีประสิทธิภาพน้อยที่สุด

ข้อดีหลักที่ทำให้ NdFeB เป็นวัสดุที่เลือกใช้:

• ผลิตภัณฑ์พลังงานสูงสุด: 33–52 MGOe ทำให้มีปริมาตรโรเตอร์น้อยที่สุดสำหรับข้อกำหนดฟลักซ์ที่กำหนด
• ความจำเสื่อมสูง: 1.17–1.47 T ให้ฟลักซ์ช่องว่างอากาศแรงโดยไม่มีหน้าตัดแม่เหล็กขนาดใหญ่
• เรขาคณิตแม่เหล็กบาง: แรงบังคับสูงทำให้เกิดส่วนโค้งบางหรือแม่เหล็กบล็อก ช่วยลดความเฉื่อยของโรเตอร์
• ไม่มีพลังกระตุ้น: แม่เหล็ก NdFeB ต่างจากโรเตอร์สนามแผลตรงที่ไม่ต้องการไฟฟ้าเข้าอย่างต่อเนื่อง

ประเภทมอเตอร์และการกำหนดค่าแม่เหล็ก

2. มอเตอร์แม่เหล็กถาวร (SPM) ที่ติดตั้งบนพื้นผิว

ในมอเตอร์ SPM แม่เหล็กส่วนโค้งหรือกระเบื้องจะถูกเชื่อมหรือพันเข้ากับพื้นผิวด้านนอกของโรเตอร์ นี่เป็นการกำหนดค่าที่ง่ายที่สุดและช่วยให้สามารถใช้แม่เหล็กอาร์คมาตรฐานได้โดยไม่ต้องมีการตัดเฉือนที่ซับซ้อน

• รูปร่างแม่เหล็ก: ส่วนโค้ง (ไทล์โค้ง) โดยทั่วไปแล้วจะเผา NdFeB
• ทิศทางการสะกดจิต: รัศมี (ชี้ไปทางหรือออกจากแกนเพลา)
• ช่องว่างอากาศ: มีขนาดใหญ่กว่ามอเตอร์ IPM - ตัวแม่เหล็กเองครอบครองส่วนหนึ่งของช่องว่างอากาศแม่เหล็ก
• เกรดทั่วไป: N42H ถึง N45SH - ผลิตภัณฑ์พลังงานปานกลางที่มีระดับอุณหภูมิ H หรือ SH
• การใช้งาน: เซอร์โวมอเตอร์, มอเตอร์สปินเดิล, มอเตอร์ BLDC ขนาดเล็ก, แอคทูเอเตอร์ทางอุตสาหกรรม

การพิจารณาออกแบบ: แม่เหล็กส่วนโค้งในโรเตอร์ SPM สัมผัสกับแรงเหวี่ยงที่ความเร็วสูง สำหรับโรเตอร์ที่ความเร็วมากกว่า 3,000 รอบต่อนาที โดยทั่วไปจะต้องมีแถบยึด (คาร์บอนไฟเบอร์หรือสแตนเลส) ซึ่งจะช่วยลดช่องว่างอากาศแม่เหล็กที่มีประสิทธิผล และต้องนำมาพิจารณาในการคำนวณฟลักซ์

3. มอเตอร์แม่เหล็กถาวรภายใน (IPM)

มอเตอร์ IPM ฝังแม่เหล็กรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้าหรือแท่งไว้ภายในการเคลือบโรเตอร์ ซึ่งจะช่วยปกป้องแม่เหล็กจากแรงเหวี่ยงหนีศูนย์ และช่วยให้โรเตอร์ใช้ประโยชน์จากแรงบิดฝืนใจ นอกเหนือจากแรงบิดของแม่เหล็ก ช่วยเพิ่มขีดความสามารถแรงบิดสูงสุด

• รูปร่างแม่เหล็ก: แท่งหรือบล็อกสี่เหลี่ยม บางครั้งก็เป็นรูปสี่เหลี่ยมคางหมู
• ทิศทางการสะกดจิต: โดยทั่วไปขนานกัน (ข้ามมิติสั้นของแท่ง)
• ช่องว่างอากาศ: เล็กกว่า SPM - มีเพียงสะพานเคลือบเท่านั้นที่แยกแม่เหล็กออกจากช่องว่างอากาศ
• เกรดทั่วไป: N38SH ถึง N45UH - พิกัดอุณหภูมิที่สูงกว่าวิกฤตเนื่องจากกระแสเอ็ดดี้ให้ความร้อนในโรเตอร์
• การใช้งาน: มอเตอร์ฉุด EV, คอมเพรสเซอร์ HVAC, เซอร์โวไดรฟ์อุตสาหกรรม, เครื่องกำเนิดไฟฟ้ากังหันลม

การพิจารณาออกแบบ: โรเตอร์ IPM ประสบกับการสูญเสียกระแสเอ็ดดี้อย่างมากในแม่เหล็กที่ความถี่สวิตชิ่งสูง แม่เหล็กแบบแบ่งส่วน (ชิ้นส่วนเล็กๆ หลายชิ้นติดกัน) ช่วยลดเส้นทางกระแสไหลวนและลดอุณหภูมิการทำงานของแม่เหล็ก ระบุข้อกำหนดในการแบ่งเซ็กเมนต์ในรูปวาดของคุณ หากทำงานที่ความถี่สวิตช์อินเวอร์เตอร์ที่สูงกว่า 5 kHz

4. มอเตอร์ฟลักซ์ตามแนวแกน

มอเตอร์ฟลักซ์ตามแนวแกน (หรือที่เรียกว่ามอเตอร์แพนเค้ก) จะปรับทิศทางเส้นทางฟลักซ์ตามแนวแกนเพลามอเตอร์แทนที่จะเป็นแนวรัศมี แม่เหล็กรูปแผ่นดิสก์จะติดตั้งอยู่บนใบหน้าโรเตอร์ด้านใดด้านหนึ่งหรือทั้งสองด้าน โดยคั่นด้วยช่องว่างอากาศจากขดลวดสเตเตอร์แบบเรียบ

• รูปร่างแม่เหล็ก: แผ่นเซกเตอร์/รูปวงกลมหรือกระเบื้องสี่เหลี่ยมคางหมู
• ทิศทางการสะกดจิต: ตามแนวแกน (ขนานกับเพลา)
• เกรดทั่วไป: N42H ถึง N48H - ผลิตภัณฑ์พลังงานสูงสำหรับรูปทรงคอมแพคดิสก์
• การใช้งาน: มอเตอร์ EV ในล้อ, เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบขับเคลื่อนโดยตรง, ข้อต่อหุ่นยนต์, การสร้างภาพทางการแพทย์

การเลือกเกรดและอุณหภูมิสำหรับมอเตอร์

5. อุณหภูมิในการทำงานเป็นตัวแปรสำคัญ

แม่เหล็กของมอเตอร์สัมผัสกับความร้อนจากการสูญเสียขดลวดสเตเตอร์ (ดำเนินการผ่านช่องว่างอากาศ) และการสูญเสียกระแสไหลวนของพวกมันเอง โดยทั่วไปอุณหภูมิแม่เหล็กโรเตอร์ในมอเตอร์ที่โหลดจะสูงกว่าสภาพแวดล้อมโดยรอบ 20–60 องศา และมักจะสูงถึง 100–150 องศาในการใช้งานระบบฉุด EV

การระบุส่วนต่อท้ายอุณหภูมิที่ไม่ถูกต้องจะนำไปสู่การลดอำนาจแม่เหล็กบางส่วนที่ไม่สามารถกลับคืนสภาพเดิมได้ภายใต้ภาระ ซึ่งไม่สามารถกู้คืนได้หากไม่มีการสร้างแม่เหล็กใหม่ให้กับชุดโรเตอร์

6. ขอบล้างอำนาจแม่เหล็ก

แม่เหล็กของมอเตอร์จะต้องรักษาให้เพียงพอขอบล้างอำนาจแม่เหล็ก- ระยะห่างระหว่างจุดปฏิบัติการของแม่เหล็กและข้อเข่าล้างอำนาจแม่เหล็กแบบกลับไม่ได้บนเส้นโค้ง BH สำหรับการใช้งานมอเตอร์ อัตรากำไรขั้นต้นขั้นต่ำ 10–15% เป็นแนวปฏิบัติมาตรฐานทางวิศวกรรม

เหตุการณ์การล้างอำนาจแม่เหล็กในกรณีที่แย่ที่สุดเกิดขึ้นในระหว่างสภาวะฟอลต์: กระแสไฟฟ้าลัดวงจรทำให้เกิดสนามแม่เหล็กตรงข้ามที่รุนแรงซึ่งจะดันจุดปฏิบัติการลงไปตามเส้นโค้ง BH หากจุดนี้พาดผ่านเข่า (โดยเฉพาะที่อุณหภูมิสูงตรงจุดที่เข่ายกขึ้น) แม่เหล็กจะไม่กลับคืนสู่จุดใช้งานเดิมเมื่อข้อบกพร่องหายไป

เกรดความบังคับที่สูงกว่า (ส่วนต่อท้าย H, SH, UH) จะขยับข้อเข่าลงไปตามเส้นโค้ง BH มากขึ้น ทำให้มีความต้านทานการล้างอำนาจแม่เหล็กได้มากขึ้น โดยมีต้นทุน BHmax ที่ต่ำกว่าเล็กน้อยเมื่อเทียบกับเกรดตัวเลขเดียวกันที่ไม่มีส่วนต่อท้าย

รายการตรวจสอบการจัดซื้อมอเตอร์แม่เหล็ก

7. สิ่งที่วิศวกรมอเตอร์ต้องระบุ

• เกรดที่มีส่วนต่อท้ายอุณหภูมิ: ห้ามระบุเกรดโดยไม่มีส่วนต่อท้ายสำหรับการใช้งานมอเตอร์ ส่วนต่อท้าย H ขั้นต่ำสำหรับมอเตอร์อุตสาหกรรมส่วนใหญ่ SH หรือ UH สำหรับการใช้งาน EV และรอบการทำงานสูง
• รูปทรงแม่เหล็กและความทนทาน: แม่เหล็กส่วนโค้งจำเป็นต้องมีรัศมีภายใน (Ri) รัศมีภายนอก (Ro) มุมส่วนโค้ง และความยาวแกน ระบุความทนทานต่อความหนาของแนวรัศมี (±0.05 มม. พื้น) และความทนทานต่อมุมส่วนโค้ง (±0.1 องศา ) สำหรับแท่งแม่เหล็ก IPM ให้ระบุทั้งสามมิติด้วยค่าพิกัดความเผื่อ
• ทิศทางและรูปแบบการดึงดูด: อาร์เรย์แนวรัศมี ขนาน หรือ Halbach การทำให้เป็นแม่เหล็กแบบหลายขั้วบนวงแหวนเป็นขั้นตอนการผลิตที่แยกจากกันจากการเผาผนึก - ยืนยันความสามารถของซัพพลายเออร์ของคุณ
• การแบ่งส่วนแม่เหล็ก: หากทำงานสูงกว่าความถี่สวิตช์อินเวอร์เตอร์ 5 kHz หรือสูงกว่า 10,000 รอบต่อนาที ให้ระบุจำนวนส่วนเส้นรอบวงและแนวแกนต่อขั้วเพื่อจำกัดการสูญเสียกระแสไหลวน
• การเคลือบผิว: มอเตอร์แม่เหล็กในเรือนปิดโดยทั่วไปจะใช้การชุบนิเกิล Ni-Cu-Ni สำหรับมอเตอร์ระบายความร้อนด้วยน้ำมัน (ระบายความร้อนด้วยสเปรย์น้ำมันโดยตรง) ให้ระบุการเคลือบอีพ็อกซี่หรือ Ni + อีพ็อกซี่สองชั้นเพื่อการทนทานต่อสารเคมี
• ข้อมูลเส้นโค้ง BH ที่อุณหภูมิใช้งาน: ขอค่า Br และ Hcj ที่วัดได้ที่อุณหภูมิการทำงานของโรเตอร์สูงสุด ไม่ใช่แค่ที่ 20 องศา ตรวจสอบตำแหน่งจุดเข่าที่อุณหภูมิสูงสุด
• PPAP หรือการตรวจสอบบทความแรก: สำหรับการใช้งานยานยนต์หรือมอเตอร์ที่มีความสำคัญต่อความปลอดภัย ต้องมีการตรวจสอบบทความแรก (FAI) พร้อมรายงานขนาดเต็มและใบรับรองคุณสมบัติแม่เหล็กต่อล็อตการผลิต

HIMAGNET รองรับการใช้งานมอเตอร์อย่างไร

ฮิแม็กเน็ตจัดจำหน่ายส่วนโค้ง NdFeB เผาผนึก แม่เหล็กแท่ง และแม่เหล็กจานสำหรับการใช้งานมอเตอร์ในทุกเกรดและช่วงอุณหภูมิ เรารองรับรูปทรงแม่เหล็กส่วนโค้งตั้งแต่ขนาดแค็ตตาล็อกมาตรฐานไปจนถึงข้อกำหนดเฉพาะของมุม Ri/Ro/ส่วนโค้งแบบกำหนดเอง โดยมีความคลาดเคลื่อนของกราวด์ ±0.05 มม.

สำหรับโปรแกรมการพัฒนามอเตอร์ เราให้ข้อมูลเส้นโค้ง BH ที่อุณหภูมิหลายระดับ รองรับการวิเคราะห์การลดอำนาจแม่เหล็ก และคำแนะนำในการแบ่งส่วนตามความถี่ของอินเวอร์เตอร์และโปรไฟล์ความเร็วของคุณ

แบ่งปันประเภทมอเตอร์ รูปทรงของโรเตอร์ อุณหภูมิการทำงานสูงสุด และปริมาตรต่อปี เราจะแนะนำเกรดที่เหมาะสมและเสนอราคาทางเทคนิคภายในหนึ่งวันทำการ