Betriebspunkte in geschlossenen vs. offenen Magnetkreisen
In einem geschlossenen Magnetkreis (z. B. einem Magneten zwischen Stahljochen) ist der Permeanzkoeffizient (Pc) hoch, typischerweise 5–10. Der Magnet arbeitet im linearen Bereich der Entmagnetisierungskurve, weit entfernt vom Knie. Auch bei erhöhten Temperaturen ist das Entmagnetisierungsrisiko gering.
In einem offenen Stromkreis (z. B. ein Magnet allein in Luft) ist Pc niedrig (0,1–0,5). Der Operationspunkt liegt in der Nähe des Knies. Jedes Gegenfeld oder jeder Temperaturanstieg kann zu einem irreversiblen Verlust führen. Aus diesem Grund verwenden Magnetabscheider und Haltevorrichtungen Stahlpolstücke, um den Pc zu erhöhen.
In einem Permanentmagnetmotor unterliegen die Rotormagnete je nach Rotorposition und Statorstrom einem unterschiedlichen Pc. Bei Spitzenlast kann das Entmagnetisierungsfeld der Ankerreaktion den lokalen Pc unter 1,0 senken, wodurch ein Entmagnetisierungsrisiko an den Magnetkanten entsteht.
Simulation lokaler Entmagnetisierung durch umgekehrte Magnetfelder
FEA-Software (z. B. Ansys Maxwell, JMAG, Motor-CAD) berechnet den Magnetfeldvektor an jedem finiten Element des Magneten. Das Feld wird dann mit der BH-Kurve bei Betriebstemperatur verglichen. Wenn die Feldstärke an diesem Punkt die intrinsische Koerzitivfeldstärke (Hcj) überschreitet, gilt das Element als entmagnetisiert.
Wir simulieren drei Bedingungen:
Nennlast bei maximaler Umgebungstemperatur.
Überlastung (2x oder 3x Nennstrom) für 10 Sekunden.
Stall-Zustand (Rotorgeschwindigkeit Null, volle Spannung angelegt).
Ausgabekarten zeigen den Entmagnetisierungsprozentsatz über das gesamte Magnetvolumen. Normalerweise sind Kanten und Ecken am anfälligsten. Akzeptabler Schwellenwert:<5% demagnetization after 1000 cycles; <2% for automotive or aerospace applications.
Optimierung von Fasen und Dickenverhältnissen mithilfe der FEA-Software
Geometrische Modifikationen reduzieren das Entmagnetisierungsrisiko erheblich. Das Hinzufügen einer Fase oder eines Radius von 0,5–1,5 mm an den Magnetkanten verringert die lokale Feldkonzentration. FEA ermöglicht eine schnelle Iteration: Ein Ingenieur kann 20 bis 30 Fasenvariationen an einem Tag bewerten, während die physische Prüfung jeder Iteration Wochen dauern würde.
Auch das Dickenverhältnis (Magnetdicke/Luftspaltlänge) beeinflusst die Entmagnetisierung. Bei einem gegebenen Motor erhöht die Erhöhung der Magnetdicke von 3 mm auf 4 mm den Pc von 1,2 auf 1,6, wodurch sich das Entmagnetisierungsrisiko bei gleicher Betriebstemperatur um 40–50 % verringert. Allerdings erhöhen dickere Magnete die Rotorträgheit und die Materialkosten. FEA optimiert das Dickenverhältnis für minimale Kosten und bleibt gleichzeitig über der Entmagnetisierungsschwelle.
Vergleichen Sie -Prototyping-Ergebnisse mit Computerdaten
Nach der FEA-Optimierung produzieren wir physische Prototypen (5–10 Stück) und führen eine Entmagnetisierungsvalidierung durch:
Fluss bei Raumtemperatur messen (Helmholtz-Spule oder Fluxmeter).
Erhitzen Sie die Baugruppe 1 Stunde lang auf maximale Betriebstemperatur.
Legen Sie einen umgekehrten Feldimpuls an oder lassen Sie den Motor mit Überlast laufen.
Auf Raumtemperatur abkühlen lassen und den Fluss-neu messen.
Irreversibler Verlust=(flux_after - flux_before) / flow_before × 100 %. Die Korrelation mit der FEA sollte innerhalb von 10–15 % liegen. Wenn die Abweichung 20 % übersteigt, verfeinern wir die Simulation (z. B. indem wir den Effekt von Materialeigenschaftenschwankungen und Herstellungstoleranzen hinzufügen).
Für kundenspezifische Magnetlösungen, die eine FEA-Entmagnetisierungsanalyse erfordern – einschließlich IPM-Rotoren, Rotormagneten vom Speichentyp- und Magnetkupplungen – besuchen Sie bitte unsere technische Supportseite zur Finite-Elemente-Analyse auf unserer Website. Zu jedem Prototyp stellen wir vollständige Simulationsberichte zur Verfügung.
Um eine Entmagnetisierungsrisikobewertung für Ihr bestehendes oder geplantes Motordesign anzufordern, wenden Sie sich an unser FEA-Ingenieurteam. Senden Sie Ihre Statorstromwellenform, Rotorabmessungen, Magnetqualität und maximale Temperatur. Wir senden Ihnen innerhalb von 3–5 Werktagen einen Simulationsbericht zurück.
Häufig gestellte Fragen
F: Wie genau ist die FEA bei der Vorhersage der Entmagnetisierung im Vergleich zu realen Motortests?
A: Innerhalb von ±10 % für homogene Magneteigenschaften. Die Variation ergibt sich aus der tatsächlichen Magnet-Hcj-Charge -zu-Charge (±5 %) und dem Temperaturmessfehler. Wir empfehlen eine Sicherheitsmarge von 15 % unter dem Nenn-Hcj.
F: Können Sie die Entmagnetisierung für eine Halbach-Array-Baugruppe simulieren?
A: Ja. Halbach-Arrays haben komplexe Flusspfade, die jedoch von der FEA genau gehandhabt werden. Wir sind auf Halbach-Konfigurationen für Linearmotoren und MRT-Gradientenspulen spezialisiert.
F: Was ist die Mindestdicke des Magneten, um eine Entmagnetisierung in einem 150-Grad-PMSM zu vermeiden?
A: Hängt vom Luftspalt und Statorstrom ab. Als Faustregel für ein oberflächenmontiertes PMSM mit 1 mm Luftspalt und N35SH-Magneten gilt eine Mindestdicke von 3,5 mm. Für N42SH, 4,5 mm. Führen Sie eine FEA für Ihre genaue Geometrie durch.
