Magnetische oplossingen op maat: FEA gebruiken om demagnetisatie te voorkomen

In een gesloten magnetisch circuit (bijvoorbeeld een magneet ingeklemd tussen stalen jukken) is de permeantiecoëfficiënt (Pc) hoog, doorgaans 5-10. De magneet werkt in het lineaire gebied van de demagnetisatiecurve, ver van de knie. Het demagnetisatierisico is laag, zelfs bij hoge temperaturen.

In een open circuit (bijvoorbeeld een magneet alleen in lucht) is Pc laag (0,1-0,5). Het operatiepunt ligt ter hoogte van de knie. Elke tegengestelde veld- of temperatuurstijging kan het onomkeerbaar verlies veroorzaken. Om deze reden gebruiken magnetische scheiders en vasthoudinrichtingen stalen poolstukken om de Pc te verhogen.

Bij een permanentmagneetmotor ervaren de rotormagneten een variërende Pc, afhankelijk van de rotorpositie en de statorstroom. Bij piekbelasting kan het demagnetiseringsveld van de ankerreactie de lokale Pc tot onder 1,0 verlagen, waardoor er een demagnetisatierisico aan de magneetranden ontstaat.

FEA-software (bijv. Ansys Maxwell, JMAG, Motor-CAD) berekent de magnetische veldvector bij elk eindig element van de magneet. Het veld wordt vervolgens vergeleken met de BH-curve bij de bedrijfstemperatuur. Als de veldgrootte op dat punt de intrinsieke coërciviteit (Hcj) overschrijdt, wordt het element als gedemagnetiseerd beschouwd.

We simuleren drie omstandigheden:

Nominale belasting bij maximale omgevingstemperatuur.

Overbelasting (2x of 3x nominale stroom) gedurende 10 seconden.

Blokkeerconditie (rotorsnelheid nul, volledige spanning toegepast).

Uitvoerkaarten tonen het demagnetisatiepercentage over het magneetvolume. Meestal zijn randen en hoeken het meest kwetsbaar. Aanvaardbare drempel:<5% demagnetization after 1000 cycles; <2% for automotive or aerospace applications.

Geometrische aanpassingen verminderen het demagnetisatierisico aanzienlijk. Het toevoegen van een afschuining of straal van 0,5-1,5 mm aan de magneetranden vermindert de lokale veldconcentratie. FEA maakt snelle iteratie mogelijk: één ingenieur kan 20 tot 30 afschuiningsvariaties per dag evalueren, terwijl het fysiek testen van elke iteratie weken zou duren.

De dikteverhouding (magneetdikte / luchtspleetlengte) heeft ook invloed op de demagnetisatie. Voor een bepaalde motor verhoogt het vergroten van de magneetdikte van 3 mm naar 4 mm de Pc van 1,2 naar 1,6, waardoor het demagnetisatierisico met 40-50% wordt verminderd bij dezelfde bedrijfstemperatuur. Dikkere magneten verhogen echter de traagheid van de rotor en de materiaalkosten. FEA optimaliseert de dikteverhouding voor minimale kosten terwijl het boven de demagnetisatiedrempel blijft.

Na FEA-optimalisatie produceren we fysieke prototypes (5-10 stuks) en voeren we demagnetisatievalidatie uit:

Meet de flux bij kamertemperatuur (Helmholtz-spoel of fluxmeter).

Verwarm het geheel tot de maximale bedrijfstemperatuur gedurende 1 uur.

Pas een omgekeerde veldpuls toe of laat de motor op overbelasting draaien.

Koel af tot kamertemperatuur en -meet de flux opnieuw.

Onomkeerbaar verlies=(flux_after - flux_before) / flux_before × 100%. De correlatie met FEA moet binnen 10-15% liggen. Als de mismatch groter is dan 20%, verfijnen we de simulatie (bijvoorbeeld door het effect van variatie in materiaaleigenschappen en productietoleranties toe te voegen).

Voor op maat gemaakte magnetische oplossingen waarvoor een FEA-demagnetisatieanalyse vereist is – inclusief IPM-rotoren, spaak{0}}-rotormagneten en magnetische koppelingen – raadpleegt u onze technische ondersteuningspagina voor Eindige Elementenanalyse op onze website. Bij elk prototype leveren wij volledige simulatierapporten.

Neem contact op met ons FEA-engineeringteam om een ​​demagnetisatierisicobeoordeling aan te vragen voor uw bestaande of geplande motorontwerp. Stuur uw statorstroomgolfvorm, rotorafmetingen, magneetkwaliteit en maximale temperatuur. Wij sturen u binnen 3-5 werkdagen een simulatierapport terug.

Vraag: Hoe nauwkeurig is FEA bij het voorspellen van demagnetisatie in vergelijking met motortesten in de echte-wereld?
A: Binnen ±10% voor homogene magneeteigenschappen. De variatie wordt veroorzaakt door de werkelijke magneet Hcj batch-tot-batch (±5%) en temperatuurmeetfouten. Wij adviseren een veiligheidsmarge van 15% onder de nominale Hcj.

Vraag: Kun je demagnetisatie simuleren voor een Halbach-array-assemblage?
EEN: Ja. Halbach-arrays hebben complexe fluxpaden, maar FEA gaat hier nauwkeurig mee om. Wij zijn gespecialiseerd in Halbach-configuraties voor lineaire motoren en MRI-gradiëntspoelen.

Vraag: Wat is de minimale magneetdikte om demagnetisatie in een PMSM van 150 graden te voorkomen?
A: Afhankelijk van de luchtspleet en de statorstroom. Als vuistregel voor een PMSM-oppervlak-gemonteerd met een luchtspleet van 1 mm en N35SH-magneten, is de minimale dikte 3,5 mm. Voor N42SH, 4,5 mm. Voer FEA uit voor uw exacte geometrie.