דה-מגנטיזציה אינה כשל פתאומי
המודל המנטלי הנפוץ של דה-מגנטיזציה הוא פונקציית צעד: המנוע פועל כרגיל, ואז המגנטים נכשלים, והמנוע מפסיק לייצר מומנט. לא כך זה קורה בפועל. דה-מגנטיזציה במנועי NdFeB היא כמעט תמיד חלקית והדרגתית - המגנטים מאבדים שבריר מהרמנציה שלהם, המנוע מייצר מעט פחות מומנט באותו זרם, ומערכת הבקרה מפצה על ידי הגדלת הזרם, מה שמייצר יותר חום, מה שמאיץ דה-מגנטיזציה נוספת. מצב הכשל הוא סחיפה איטית, לא צוק.
כאשר ניתן לזהות דה-מגנטיזציה חלקית כביצועי מנוע מופחתים, המגנטים איבדו בדרך כלל 5-15% מה-Br המקורי שלהם. בשלב זה, הדה-מגנטיזציה היא בלתי הפיכה. לא ניתן למגנט מחדש את המגנטים במנוע ללא פירוק מוחלט והחזרה למתקן הממגנט. עבור מפרק רובוט פרוס או מפעיל סרוו אטום, זה אומר בנייה מחדש מלאה.
מאמר זה מכסה את שלושת המנגנונים הגורמים לדה-מגנטיזציה במנועים הפועלים, כיצד לחשב את סיכון הדה-מגנטיזציה עבור דרגת מגנט ונקודת הפעלה נתונה, ומה לציין כדי להבטיח שלתכנון יש מרווח נאות.
1. שלושת מנגנוני הדה-מגנטיזציה
דה-מגנטיזציה תרמית, דה-מגנטיזציה במעגל קצר ו-Demagnetization של נקודת הפעלה הם מנגנונים שונים עם סיבות שונות ופתרונות שונים. בלבול ביניהם מוביל לתיקונים שגויים.
דה-מגנטיזציה תרמיתמתרחשת כאשר טמפרטורת המגנט עולה על הנקודה שבה הכפייה Hcj יורדת מתחת לרמה הנדרשת כדי להתנגד לשדה הדה-מגנטיזציה של המנוע עצמו. זהו אפקט סף: מתחת לטמפרטורה הקריטית המגנט יציב, מעליו מתחיל דה-מגנטיזציה ובלתי הפיך בקירור. עבור NdFeB בדרגה N (ללא סיומת תרמית), ה-Hcj יורד בצורה תלולה מעל 80 מעלות. הטמפרטורה הקריטית עבור תכנון מנוע נתון תלויה בשדה מרווח האוויר ובנפח המגנט - מנוע עם חתך מגנט דק ושדה דה-מגנטיזציה גדול עלול להתבטל ב-90 מעלות, כאשר מנוע מתוכנן טוב יותר עם אותה דרגה יהיה יציב ל-120 מעלות.
דה-מגנטיזציה במעגל קצרמתרחשת במהלך תנאי תקלה - קצרים משלב לשלב, תקלות כונן או אירועי בלימה רגנרטיבית - כאשר זרם הסטטור מייצר שדה דה-מגנטיזציה העולה על Hcj של המגנט בטמפרטורת הפעולה. במצב הפעלה רגיל, שיא הזרם במנוע שתוכנן כהלכה אינו גבוה מספיק כדי לבטל מגנטים בדרגת N. במהלך מצבי תקלה, הזרם יכול להגיע לערך מדורג של 5-10× במשך אלפיות שניות. האם הדופק הזה מבטל את המגנטים תלוי בעובי המגנט, Hcj בטמפרטורה ומשך התקלה.
דה-מגנטיזציה של נקודת הפעלההוא הערמומי ביותר מכיוון שהוא יכול להתרחש בטמפרטורות עבודה רגילות ללא אירועי תקלות. זה קורה כאשר המנוע מתוכנן עם עובי מגנט לא מספיק עבור שיא המומנט הנדרש, כך שבשיא זרם שדה הדה-מגנט מתקרב או עולה על Hcj. כל פעימת מומנט משאירה את המגנטים מעט חלשים יותר. עם הזמן, הביצועים יורדים. זה בדרך כלל מאובחן בצורה שגויה כבלאי מסבים או השפלה בפיתול.
2. קו העומס של דה-מגנטיזציה
הכלי המרכזי לניתוח דה-מגנטיזציה הוא נקודת הפעולה של המגנט על עקומת דה-מגנטיזציה BH. לכל מגנט NdFeB יש עקומת BH שפורסמה במספר טמפרטורות - בדרך כלל 20 מעלות, 100 מעלות, 150 מעלות ולפעמים 180 מעלות. מעצב המנוע מחשב את נקודת הפעולה: השילוב של B (צפיפות השטף במגנט) ו-H (שדה דה-מגנט המופעל על המגנט) במצב ההפעלה הגרוע ביותר, שהוא בדרך כלל שיא זרם בטמפרטורת הפעולה המקסימלית.
נקודת ההפעלה חייבת להישאר מימין ל"ברך" בעקומת BH - הנקודה שבה העקומה מתחילה להתעקל בחדות כלפי מטה. מתחת לברך, כל עלייה נוספת בשדה הדה-מגנטיזציה גורמת לאובדן שטף בלתי הפיך. מעל הברך, דה-מגנטיזציה הפיכה: השטף פוחת באופן זמני מתחת לשדה המופעל אך מתאושש כאשר השדה מוסר.
עבור מגנטים של N42SH ב-150 מעלות (דרגה נפוצה ליישומי סרוו תעשייתיים), הברך של עקומת BH מתרחשת בערך H=-950 kA/m. אם תכנון המנוע מביא לשדה דה-מגנטיזציה שיא של -700 kA/m ב-150 מעלות וזרם שיא, יש מרווח של 250 kA/m מעל הברך. מרווח זה צריך להיות לפחות 150-200 kA/m עבור תכנון שמרני, המתייחס לשונות מגנט למגנט ב-Hcj (בדרך כלל ±50 kA/m בייצור) ולאי ודאות למדידת טמפרטורה.
3. בחירת סיומת ציונים: מה המשמעות של האות בפועל
הסיומת התרמית בסימנים בדרגת NdFeB - H, SH, UH, EH - מציינת את טמפרטורת הפעולה המקסימלית שבה הכפייה Hcj עונה על המפרט המינימלי. N42 ללא סיומת מדורג לטמפרטורת פעולה מקסימלית של 80 מעלות. N42H מדורג ל-120 מעלות. N42SH מדורג ל-150 מעלות. N42UH מדורג ל-180 מעלות. N42EH מדורג ל-200 מעלות.
אלו אינן מגבלות טמפרטורה מוחלטות שבהן המגנט נכשל באופן מיידי - אלו הטמפרטורות שבהן מתקיים מפרט Hcj המינימלי. מעל הטמפרטורה המדורגת, המגנט עדיין עשוי להיות יציב בהתאם לשדה הדה-מגנטיזציה הספציפי במנוע. מתחת לטמפרטורה המדורגת, יש שולי Hcj נוספים.
שגיאת בחירת הציון שגורמת לרוב כשלי השדה: ציון הסיומת בהתבסס על טמפרטורת הפיתול ולא על טמפרטורת המגנט. במנוע סרוו סגור עם קירור הסעה מאולץ על הבית, הפיתול יכול להגיע ל-130 מעלות בעוד שטמפרטורת פני המגנט (שמשפיעה ישירות על Hcj) מגיעה ל-110 מעלות מכיוון שהמגנט קרוב יותר לקיר הבית המקורר. לעומת זאת, במנוע חסר מסגרת שבו הרוטור מוקף בוואקום או במבנה בעל מוליכות נמוכה, טמפרטורת המגנט יכולה לעלות על טמפרטורת הפיתול במהלך פעולה מתמשכת. יש למדוד או לעצב את טמפרטורת המגנט - לא ניתן להסיק מטמפרטורת הפיתול ללא מודל תרמי של גיאומטריית המנוע.
4. דרישות שוליים מעשיות לפי בקשה
צירי סרוו תעשייתיים (CNC, רובוטים תעשייתיים): עיצוב עבור 30% מרווח Hcj מעל הברך בטמפרטורת סלילה מקסימלית. ה-30% אחראים לשונות ייצור של ±5% ב-Hcj, אי ודאות במדידת טמפרטורה, והעובדה שמצבי תקלה יחשפו מדי פעם את המנוע לזרמים שהוגדרו מעל.
מפרקי רובוט שיתופיים ומנועי מומנט הנעה ישירה: עיצוב עבור 40% מרווח. רובוטים שיתופיים נמצאים בשימוש תכוף ליד מגבלות המומנט שלהם במשימות עשירות במגע, ושיא הזרם במהלך אירועי מגע בלתי צפויים יכול לעלות לזמן קצר על הזרם הנקוב. העלות של בנייה מחדש בשטח גבוהה מספיק כדי שהשמרנות משתלמת.
מנועי הנעה של מל"ט: עיצוב עבור 25% מרווח בטמפרטורה הרציפה המדורגת. מנועי מל"טים נמצאים לעתים רחוקות בשיא זרם לתקופות מתמשכות - שיא זרם מתרחש רק במהלך המראה ותמרונים אגרסיביים. בשיוט, שדה הדה-מגנטיזציה נמצא הרבה מתחת לשיא. הרווח של 25% מכסה את מצב ההמראה.
יישומים בטמפרטורה גבוהה (כונני אקסטרודר, מכונות עיבוד ליד כלי עבודה מחוממים): השתמשו בדרגת SH או UH ועצבו עבור מרווח של 35% בטמפרטורת המגנט המקסימלית הצפויה, לא בטמפרטורת הסביבה. אם המנוע מוברג ללוח מחומם ב-180 מעלות, טמפרטורת המגנט תתקרב ל-180 מעלות במצב יציב ללא קשר לטמפרטורת הפיתול.
5. מה לבקש מספק המגנטים שלך
מפרט התנגדות מלא לדה-מגנטיזציה כולל שלושה פריטים שכל ספק מגנטים מוכשר אמור להיות מסוגל לספק:
ראשית, עקומת הדה-מגנטיזציה המלאה של BH בטמפרטורת הפעולה, לא רק עקומת טמפרטורת החדר. עבור מנוע המדורג לטמפרטורת מגנט של 150 מעלות, אתה צריך את העקומה של 150 מעלות. גליונות נתונים רבים מציגים רק נתונים של 20 מעלות - זה לא מספיק לניתוח דה-מגנטיזציה.
שנית, ה-Hcj המינימלי בטמפרטורה על פני מגרש הייצור, לא הערך הטיפוסי או הנומינלי. לייצור NdFeB יש וריאציה של Hcj של ±3-5% באותה כיתה. מנוע שתוכנן ל-Hcj הנומינלי יהיו בייצור יחידות שמבטלות מגנטיות בתנאי הפעלה שלפי ניתוח התכנון אמרו שהם בטוחים.
שלישית, מדידת מיפוי צפיפות השטף על אצווה מדגם של מגנטים ממוגנטים. המדידה מאשרת שרמת המגנטיזציה שהושגה בייצור תואמת את המפרט. זה גם מספק את הקו הבסיסי לבדיקה נכנסת - ניתן להשוות מגרשי ייצור עתידיים מול קו הבסיס כדי לזהות סחיפה של תהליך מגנטיזציה לפני שהוא משפיע על ביצועי המנוע בשטח.
HIMAGNET מספקת נתוני עקומת BH בטמפרטורת הפעלה, מפרט Hcj מינימום לפי מגרש ייצור ושירותי מיפוי צפיפות שטף להסמכת מגנט מנוע. לתמיכה בניתוח שולי דה-מגנטיזציה,צור קשר עם צוות ההנדסה שלנועם הציון שלך, טמפרטורת הפעולה ושיא השדה המגנטי.
