Neodymové prstence s radiální orientací

Články - Motory s permanentními magnety

Požadavky konstruktérů i uživatelů v oblasti automatizace, robotizace, automobilového průmyslu na zvyšování výkonu elektrických pohonů zároveň se zmenšováním jejich rozměrů způsobují velký rozvoj motorů s permanentními magnety (dále PM motory) ze vzácných zemin, zejména typu FeNdB. Jedná se o stejnosměrné komutátorové motory (Brushless DC motors), střídavé synchronní motory, krokové motory, aj.

Optimalizovaná konstrukce motoru s použitím nových magnetických materiálů dovoluje až pětinásobné momentové přetížení. Proto jsou tyto motory vhodné pro dynamicky náročné úlohy s nízkou spotřebou, jako je například provoz silničních elektromobilů.

PM motory se vyrábějí buď s magnety na statoru nebo na rotoru. Druhá možnost je výhodnější z hlediska chlazení motoru, vyžaduje však přesnou geometrii magnetů a je náročnější na technologii jejich fixace na jádro rotoru.

Způsoby realizace rotoru s permanentními magnety

a) Magnety ve tvaru obloukových segmentů (arc magnet), nalepené na ocelové jádro rotoru + bandáž

b) Totéž, ale magnety jsou vloženy do měděné matrice

c) Kompaktní prstenec, vyrobený z plastem pojeného magnetického prášku

d) Totéž, ale prstenec vyrobený ze sintrovaného magnetického materiálu

Varianty b) a c) jsou zjevně určité mezistupně, vedoucí k ideálnímu uspořádání d).

Porovnání

Provedení

Prstenec z jednotlivých magnetů

Radiálně magnetovaný prstenec

Konstrukce

Magnety ve tvaru segmentů jsou nalepeny na ocelové jádro rotoru a opatřeny bandáží ze skelné tkaniny prosycené epoxidem

Prstenec je fixován na jádro rotoru buď mechaniky nebo lepidlem.

Vzhled, přesnost

Náročné na přesnost rozmístění magnetů – riziko nevyvážení

dávkování lepidla a fixace bandáže – riziko odchylek průměru a geometrie

Přesnost je dána výrobními tolerancemi magnetu, zpravidla ±0,05 mm. Přesnost rozložení pólů je ±1o

Spolehlivost

Magnet nebo bandáž se může v nepříznivých podmínkách uvolnit (teplota, vibrace)

Mechanické uvolnění nebo porušení prstence je málo pravděpodobné.


 

V následující tabulce je provedeno porovnání obou typů konstrukci z různých aspektů:

Porovnáme-li magnetické pole v okolí prstence z jednotlivých magnetů - var. a), b) s prstencem z kompaktního materiálu – var. c), d), vidíme značně rovnoměrnější průběh v druhém případě, a to i pro velkou hustotu pólů (na obrázku je 12-pólový rotor).

 

prubeh-magnetickeho-pole

 

Zdálo by se tedy samozřejmé, že vítězí radiálně orientované prstencové magnety FeNdB. Situace je ale složitější. Shrňme si všechna pro a proti:

Výhody

  • • Jednoduchý návrh a konstrukce
  • • Přesná geometrie
  • • Variabilní konfigurace magnetického uspořádání
  • • Homogenní rozložení magnetického pole
  • • Snadná montáž
  • • Úspora nákladů (při velkých sériích)

Technologické obtíže

  1. Nutnost lisování v silném multipolárním magnetickém poli pro dosažení anizotropie v potřebných směrech
  2. Nutnost speciálních magnetizačních přípravků (cívek s pólovými nástavci) pro formování multipolární struktury pólů
  3. Vysoké magnetizační energie vzhledem k silnému demagnetizačnímu efektu blízkých pólů
  4. Nároky na pevnost materiálů kvůli extrémním silovým účinkům magnetizačního pole

To vše přináší vysoké nároky na technologii (HiTech) a také vysoké náklady přípravy výroby. Ze stejných důvodů je zatím značně omezena velikost vyráběných prstenců:

Současné výrobní možnosti velikostí (v mm):

Vnitřní průměr

Vnější průměr

Tloušťka stěny

Délka

min

25

29

2

2

max

56

60

7

25 (15*)


* Pro sílu stěny 2-3 mm, dosahované tolerance ±0,05 mm

Možnosti magnetování

Prstence je možno magnetovat bipolárně (někdy nesprávně nazýváno unipolárně), kdy jeden pól je na vnitřní stěně a druhý na vnější stěně prstence. Toto uspořádání ovšem není vhodné pro užití v motorech.

Dále je možné magnetovat multipolárně, a to jak ve svislých, tak ve zkosených pruzích. Druhá varianta vede ke zvýšení kroutícího momentu a zlepšení rovnoměrnosti jeho průběhu.

Počet pólů není primárně omezen, ale prakticky vychází z minimální šíře pólu cca 5 mm.

 

magnetizace

Magnetizace bipolární         multipolární přímá (straight)           multipolární zkosená (skew)

 

Použití prstencových magnetů je velmi široké a stále roste. Závěrem uveďme jen několik příkladů.

Příklady použití

  • Motory – užití ve strojírenství (pohon vřeten), robotice, řízení technologických procesů, chirurgiii (nucený oběh), krokové motory
  • Servoventily
  • EPS (elektronické řízení výkonu motoru automobilů)
  • Startéry • Pohony ručního nářadí, sekaček,
  • Magnetická ložiska
  • Aktuátory
  • Tachogenerátory
  • Magnetické spojky

RNDr.Vladimír Šimík ředitel ABC MAGNET s.r.o.

 

Zdroje a další literatura

P. Welander: Střídavé motory s permanentními magnety, Control Engineering, 2010

O. Novotný: Krokové motory (bakalářská práce ZČU v Plzni, 2014)

B. K. Bose: Power Electronics and Motor Drives : Advances and Trends. Academic Press, 2010

J. Novák: Uplatnění synchronních strojů v dopravní technice, Elektro 6/2006

P. Pillay, R. Krishnan: Modeling of permanent magnet motor drives. IEEE Transactions on Industrial Electronics. 1988, roč. 35, č. 4, s. 537-541. http://machinedesign.com/

www.greatmagtech.com

http://www.nmbtc.com/motors/

http://www.aveko.com/

http://www.tgdrives.cz/

http://www.nema.org/

Přihlášení uživatele

Kdo je online

Právě připojeni - hostů: 21 
Copyright © 2017 Magnetic Portal - informační portál o magnetismu. Všechna práva vyhrazena.
Joomla! je svobodný software šířen pod GNU/GPL licencí.