Puntos de funcionamiento en circuitos magnéticos cerrados frente a abiertos
En un circuito magnético cerrado (por ejemplo, un imán intercalado entre yugos de acero), el coeficiente de permeancia (Pc) es alto, típicamente 5-10. El imán opera en la región lineal de la curva de desmagnetización, lejos de la rodilla. El riesgo de desmagnetización es bajo incluso a temperaturas elevadas.
En un circuito abierto (por ejemplo, un imán solo en el aire), Pc es baja (0,1-0,5). El punto de operación se encuentra cerca de la rodilla. Cualquier campo opuesto o aumento de temperatura puede llevarlo a una pérdida irreversible. Por esta razón, los separadores magnéticos y los dispositivos de retención utilizan piezas polares de acero para aumentar la Pc.
En un motor de imán permanente, los imanes del rotor experimentan una Pc variable dependiendo de la posición del rotor y la corriente del estator. En carga máxima, el campo desmagnetizador de la reacción de la armadura puede reducir la Pc local por debajo de 1,0, creando un riesgo de desmagnetización en los bordes del imán.
Simulación de desmagnetización local a partir de campos magnéticos inversos
El software FEA (por ejemplo, Ansys Maxwell, JMAG, Motor-CAD) calcula el vector del campo magnético en cada elemento finito del imán. Luego se compara el campo con la curva BH a la temperatura de funcionamiento. Si la magnitud del campo excede la coercitividad intrínseca (Hcj) en ese punto, el elemento se considera desmagnetizado.
Simulamos tres condiciones:
Carga nominal a temperatura ambiente máxima.
Sobrecarga (2x o 3x corriente nominal) durante 10 segundos.
Condición de calado (velocidad de rotor cero, voltaje total aplicado).
Los mapas de salida muestran el porcentaje de desmagnetización en todo el volumen del imán. Normalmente, los bordes y las esquinas son los más vulnerables. Umbral aceptable:<5% demagnetization after 1000 cycles; <2% for automotive or aerospace applications.
Optimización de chaflanes y relaciones de espesor mediante el software FEA
Las modificaciones geométricas reducen significativamente el riesgo de desmagnetización. Agregar un chaflán o un radio de 0,5 a 1,5 mm en los bordes del imán reduce la concentración del campo local. FEA permite una iteración rápida: un ingeniero puede evaluar entre 20 y 30 variaciones de chaflán en un día, mientras que las pruebas físicas de cada iteración llevarían semanas.
La relación de espesor (espesor del imán / longitud del entrehierro) también afecta la desmagnetización. Para un motor determinado, aumentar el espesor del imán de 3 mm a 4 mm aumenta la Pc de 1,2 a 1,6, lo que reduce el riesgo de desmagnetización entre un 40 y un 50 % a la misma temperatura de funcionamiento. Sin embargo, los imanes más gruesos aumentan la inercia del rotor y el coste del material. FEA optimiza la relación de espesor para lograr un costo mínimo mientras se mantiene por encima del umbral de desmagnetización.
Verificación cruzada-de los resultados de la creación de prototipos con datos computacionales
Después de la optimización FEA, producimos prototipos físicos (5-10 piezas) y realizamos la validación de la desmagnetización:
Mida el flujo a temperatura ambiente (bobina de Helmholtz o flujómetro).
Caliente el conjunto a la temperatura máxima de funcionamiento durante 1 hora.
Aplique un pulso de campo inverso o haga funcionar el motor con sobrecarga.
Deje enfriar a temperatura ambiente y vuelva a-medir el flujo.
Pérdida irreversible=(flux_after - flux_before) / flux_before × 100%. La correlación con el FEA debe estar entre el 10 y el 15 %. Si el desajuste supera el 20%, refinamos la simulación (por ejemplo, agregando el efecto de la variación de las propiedades del material, tolerancias de fabricación).
Para soluciones magnéticas personalizadas que requieren análisis de desmagnetización FEA (incluidos rotores IPM, imanes de rotor de tipo radio-y acoplamientos magnéticos), consulte nuestra página de soporte técnico de Análisis de elementos finitos en nuestro sitio web. Proporcionamos informes de simulación completos con cada prototipo.
Para solicitar una evaluación del riesgo de desmagnetización para su diseño de motor existente o planificado, comuníquese con nuestro equipo de ingeniería FEA. Envíe la forma de onda de la corriente del estator, las dimensiones del rotor, el grado del imán y la temperatura máxima. Devolvemos un informe de simulación en un plazo de 3 a 5 días laborables.
Preguntas frecuentes
P: ¿Qué precisión tiene el FEA para predecir la desmagnetización en comparación con las pruebas de motores del mundo real-?
R: Dentro de ±10% para propiedades magnéticas homogéneas. La variación proviene del lote real de Hcj del imán-a-lote (±5%) y del error de medición de la temperatura. Recomendamos un margen de seguridad del 15% por debajo del Hcj nominal.
P: ¿Se puede simular la desmagnetización de un conjunto de matriz Halbach?
R: Sí. Los conjuntos de Halbach tienen rutas de flujo complejas, pero FEA las maneja con precisión. Nos especializamos en configuraciones Halbach para motores lineales y bobinas de gradiente para MRI.
P: ¿Cuál es el espesor mínimo del imán para evitar la desmagnetización en un PMSM de 150 grados?
R: Depende del entrehierro y de la corriente del estator. Como regla general, para un PMSM de montaje en superficie-con un espacio de aire de 1 mm e imanes N35SH, el espesor mínimo es de 3,5 mm. Para N42SH, 4,5 mm. Ejecute FEA para su geometría exacta.
