Özel Manyetik Çözümler: Demanyetizasyonu Önlemek için FEA'yı Kullanmak

Kapalı bir manyetik devrede (örneğin, çelik boyunduruklar arasına sıkıştırılmış bir mıknatıs), geçirgenlik katsayısı (Pc) yüksektir, tipik olarak 5-10'dur. Mıknatıs, demanyetizasyon eğrisinin dizden uzaktaki doğrusal bölgesinde çalışır. Yüksek sıcaklıklarda bile demanyetizasyon riski düşüktür.

Açık devrede (örneğin havada tek başına bir mıknatıs) Pc düşüktür (0,1-0,5). Çalışma noktası dizin yakınındadır. Herhangi bir karşıt alan veya sıcaklık artışı onu geri dönüşü olmayan bir kayba itebilir. Bu nedenle manyetik ayırıcılar ve tutucu cihazlarda Pc'yi arttırmak için çelik direk parçaları kullanılır.

Sabit mıknatıslı bir motorda, rotor mıknatısları, rotor konumuna ve stator akımına bağlı olarak değişen bir Pc'ye maruz kalır. Pik yükte, armatür reaksiyonundan kaynaklanan manyetikliği giderme alanı, yerel Pc'yi 1,0'ın altına düşürebilir ve mıknatıs kenarlarında manyetikliği giderme riski oluşturabilir.

FEA yazılımı (örneğin, Ansys Maxwell, JMAG, Motor-CAD), mıknatısın her sonlu elemanındaki manyetik alan vektörünü hesaplar. Alan daha sonra çalışma sıcaklığındaki BH eğrisiyle karşılaştırılır. Alanın büyüklüğü bu noktada içsel zorlayıcılığı (Hcj) aşarsa, elemanın mıknatıslığı giderilmiş olduğu kabul edilir.

Üç durumu simüle ediyoruz:

Maksimum ortam sıcaklığında nominal yük.

10 saniye süreyle aşırı yük (2x veya 3x nominal akım).

Bayılma durumu (sıfır rotor hızı, tam voltaj uygulanmış).

Çıkış haritaları, mıknatıs hacmi boyunca manyetikliğin giderilmesi yüzdesini gösterir. Tipik olarak kenarlar ve köşeler en savunmasız olanlardır. Kabul edilebilir eşik:<5% demagnetization after 1000 cycles; <2% for automotive or aerospace applications.

Geometrik değişiklikler manyetikliğin giderilmesi riskini önemli ölçüde azaltır. Mıknatıs kenarlarına 0,5-1,5 mm'lik bir pah veya yarıçap eklemek, yerel alan konsantrasyonunu azaltır. FEA hızlı yinelemeye izin verir: bir mühendis bir günde 20-30 pah varyasyonunu değerlendirebilir, oysa her yinelemenin fiziksel testi haftalar alır.

Kalınlık oranı (mıknatıs kalınlığı / hava boşluğu uzunluğu) demanyetizasyonu da etkiler. Belirli bir motor için mıknatıs kalınlığını 3 mm'den 4 mm'ye çıkarmak Pc'yi 1,2'den 1,6'ya yükseltir ve aynı çalışma sıcaklığında demanyetizasyon riskini %40-50 azaltır. Ancak daha kalın mıknatıslar rotor ataletini ve malzeme maliyetini artırır. FEA, manyetiklik giderme eşiğinin üzerinde kalarak kalınlık oranını minimum maliyet için optimize eder.

FEA optimizasyonundan sonra fiziksel prototipler (5-10 adet) üretiyoruz ve demanyetizasyon doğrulamasını gerçekleştiriyoruz:

Akıyı oda sıcaklığında ölçün (Helmholtz bobini veya fluxmeter).

Düzeneği 1 saat boyunca maksimum çalışma sıcaklığına ısıtın.

Ters alan darbesi uygulayın veya motoru aşırı yükte çalıştırın.

Oda sıcaklığına soğutun ve{0}akışı yeniden ölçün.

Geri dönüşü olmayan kayıp=(flux_after - flux_before) / flux_before × %100. FEA ile korelasyon %10-15 arasında olmalıdır. Uyumsuzluk %20'yi aşarsa simülasyonu hassaslaştırırız (örneğin, malzeme özelliği değişiminin etkisini, üretim toleranslarını ekleyerek).

IPM rotorları, telli-tipi rotor mıknatısları ve manyetik kaplinler dahil olmak üzere, FEA demanyetizasyon analizi gerektiren özel manyetik çözümler için lütfen web sitemizdeki Sonlu Eleman Analizi teknik destek sayfamıza bakın. Her prototiple birlikte tam simülasyon raporları sağlıyoruz.

Mevcut veya planlanan motor tasarımınız için manyetiklik giderme risk değerlendirmesi talep etmek için FEA mühendislik ekibimizle iletişime geçin. Stator akım dalga biçiminizi, rotor boyutlarını, mıknatıs derecesini ve maksimum sıcaklığınızı gönderin. 3-5 iş günü içinde bir simülasyon raporu göndereceğiz.

S: FEA, mıknatıslanmayı gidermeyi tahmin etmede gerçek-dünya motor testleriyle karşılaştırıldığında ne kadar doğrudur?
C: Homojen mıknatıs özellikleri için ±%10 dahilinde. Değişiklik, gerçek mıknatıs Hcj yığınından-toplu-topluluğuna (±%5) ve sıcaklık ölçüm hatasından kaynaklanır. Nominal Hcj'nin %15 altında bir güvenlik marjı öneriyoruz.

S: Halbach dizisi düzeneği için manyetikliğin giderilmesini simüle edebilir misiniz?
C: Evet. Halbach dizileri karmaşık akı yollarına sahiptir, ancak FEA bunları doğru bir şekilde ele alır. Doğrusal motorlar ve MRI gradyan bobinleri için Halbach konfigürasyonlarında uzmanız.

S: 150 derecelik bir PMSM'de manyetikliğin giderilmesini önlemek için minimum mıknatıs kalınlığı nedir?
C: Hava boşluğuna ve stator akımına bağlıdır. 1 mm hava boşluğuna ve N35SH mıknatıslara sahip yüzeye-montajlı PMSM için genel kural olarak minimum kalınlık 3,5 mm'dir. N42SH için, 4,5 mm. Tam geometriniz için FEA'yı çalıştırın.