Рабочие точки в закрытых и открытых магнитных цепях
В замкнутой магнитной цепи (например, магните, зажатом между стальными ярмами) коэффициент магнитной проницаемости (Pc) высок, обычно составляет 5–10. Магнит работает в линейном участке кривой размагничивания, вдали от перегиба. Риск размагничивания невелик даже при повышенных температурах.
В разомкнутой цепи (например, один магнит в воздухе) Pc мал (0,1-0,5). Рабочая точка находится возле колена. Любое противодействующее поле или повышение температуры могут привести к необратимой потере. По этой причине в магнитных сепараторах и удерживающих устройствах для увеличения Pc используются стальные полюсные наконечники.
В двигателе с постоянными магнитами магниты ротора испытывают переменное значение Pc в зависимости от положения ротора и тока статора. При пиковой нагрузке размагничивающее поле реакции якоря может снизить локальное значение Pc ниже 1,0, создавая риск размагничивания на краях магнита.
Моделирование локального размагничивания от обратных магнитных полей
Программное обеспечение FEA (например, Ansys Maxwell, JMAG, Motor-CAD) рассчитывает вектор магнитного поля в каждом конечном элементе магнита. Затем поле сравнивается с кривой BH при рабочей температуре. Если в этой точке величина поля превышает собственную коэрцитивную силу (Hcj), элемент считается размагниченным.
Мы моделируем три условия:
Номинальная нагрузка при максимальной температуре окружающей среды.
Перегрузка (2-кратный или 3-кратный номинальный ток) в течение 10 секунд.
Состояние опрокидывания (нулевая скорость ротора, полное напряжение).
Карты вывода показывают процент размагничивания по объему магнита. Обычно края и углы наиболее уязвимы. Приемлемый порог:<5% demagnetization after 1000 cycles; <2% for automotive or aerospace applications.
Оптимизация фасок и соотношений толщины с помощью программного обеспечения FEA
Геометрические модификации значительно снижают риск размагничивания. Добавление фаски или радиуса 0,5–1,5 мм на краях магнита снижает концентрацию локального поля. FEA обеспечивает быструю итерацию: один инженер может оценить 20–30 вариантов фаски за день, тогда как физическое тестирование каждой итерации может занять несколько недель.
Соотношение толщины (толщина магнита/длина воздушного зазора) также влияет на размагничивание. Для данного двигателя увеличение толщины магнита с 3 мм до 4 мм увеличивает Pc с 1,2 до 1,6, снижая риск размагничивания на 40-50% при той же рабочей температуре. Однако более толстые магниты увеличивают инерцию ротора и стоимость материала. FEA оптимизирует соотношение толщины для минимальных затрат, оставаясь при этом выше порога размагничивания.
Перекрестная-проверка результатов прототипирования с помощью вычислительных данных
После МКЭ-оптимизации мы изготавливаем физические прототипы (5-10 штук) и проводим валидацию размагничивания:
Измерьте поток при комнатной температуре (катушка Гельмгольца или флюксметр).
Нагрейте сборку до максимальной рабочей температуры в течение 1 часа.
Подайте импульс обратного поля или запустите двигатель с перегрузкой.
Охладите до комнатной температуры и повторно-измерьте поток.
Необратимые потери=(flux_after - flux_before) / flux_before × 100%. Корреляция с ВЭД должна быть в пределах 10-15%. Если несоответствие превышает 20 %, мы уточняем моделирование (например, добавляем влияние изменения свойств материала, производственных допусков).
Для индивидуальных магнитных решений, требующих анализа размагничивания FEA, включая роторы IPM, магниты ротора спицевого-типа и магнитные муфты, посетите страницу технической поддержки анализа методом конечных элементов на нашем веб-сайте. Мы предоставляем полные отчеты о моделировании каждого прототипа.
Чтобы запросить оценку риска размагничивания для вашей существующей или планируемой конструкции двигателя, свяжитесь с нашей командой инженеров FEA. Отправьте форму сигнала тока статора, размеры ротора, класс магнита и максимальную температуру. Мы возвращаем отчет о моделировании в течение 3-5 рабочих дней.
Часто задаваемые вопросы
Вопрос: Насколько точно метод FEA прогнозирует размагничивание по сравнению с реальными-испытаниями двигателей?
A: В пределах ±10% для однородных свойств магнита. Отклонение зависит от фактической партии магнита Hcj-от-партии (±5%) и погрешности измерения температуры. Мы рекомендуем запас прочности на 15 % ниже номинального значения Hcj.
Вопрос: Можете ли вы смоделировать размагничивание сборки массива Хальбаха?
А: Да. Массивы Хальбаха имеют сложные пути потока, но FEA обрабатывает их точно. Мы специализируемся на конфигурациях Хальбаха для линейных двигателей и градиентных катушек МРТ.
Вопрос: Какова минимальная толщина магнита, чтобы избежать размагничивания в PMSM на 150 градусов?
A: Зависит от воздушного зазора и тока статора. Как правило, для PMSM поверхностного-монтажа с воздушным зазором 1 мм и магнитами N35SH минимальная толщина составляет 3,5 мм. Для Н42Ш — 4,5 мм. Запустите FEA для получения точной геометрии.
