Повърхностен постоянно магнет vs Вътрешен постоянен магнет

Ако проектирате или избирате мотор с постоянен магнет, разбирането на разликата между Мотор с повърхностен постоянен магнит (SPM) и Мотор с вътрешен постоянен магнит (IPM) моторите ентусиазират повечето модерни тракови мотори за електромобили, индустриални задвижващи системи и вятърни турбини—но предлагат много различни резултати. От изход на въртящ момент и ефикасност to сложност на производството и разходи, познаването кога да се избира SPM срещу IPM можете да подобрите или да влошите изпълнението и бюджета на проекта ви. В този наръчник ще обясним ключовите структурни и електромагнитни различия, подкрепени от прозрения на NBAEM — довереният доставчик на NdFeB магнити за глобални лидери като FAW и Siemens. Готови ли сте да откриете кой placement на магнита най-добре отговаря на вашите нужди? Да продължим.

Основни структурни различия: повърхностни срещу вътрешни постоянни магнити

При сравнение на Повърхностни постоянни магнити (SPM) и Вътрешни постоянни магнити (IPM), ключовото различие се заключава в начина, по който магнити са поставени върху ротора.

SPM ротори изглеждат като гладък цилиндър с ясно видими магнити, докато IPM ротори показват магнитите сигурно скрити в вътрешни крайни канали при прерязване

Въздействие върху производството

• SPM: По-бързо и по-изгодно за произвеждане. Идеален за приложения с по-малко строги механични изисквания.
• IPM: По-сложно производство поради прецизно обработени магнитни джобове, но предлага по-добро задържане на магнитите и структурна якост.

Разбирането на тези структурни разлики ви помага да изберете правилното разположение на магнитите за изпълнението на вашия мотор и производствените ви нужди.

Сравнение на изпълнението: повърхностен постоянен магнит срещу вътрешен постоянен магнит

Добавянето на съпротивителен въртящ момент в дизайните с IPM не само увеличава общия изходен въртящ момент, но и подобрява ефективността на мотора при тежки натоварвания. От друга страна, SPM моторите имат по-проста подредба на магнити, но срещат ограничения при високи скорости и високи въртящи моменти поради излагане и задържане на магнитите.

За по-задълбочени прозрения относно grade-ове на magneti, подходящи за тези дизайни, разгледайте гамата високопроизводителни неодимові магнитни материали.

Електромагнитните предимства на SPM спрямо IPM

Едно от най-големите електромагнитни предимства на дизайна с вътрешен постоянен магнит (IPM) е неговият момент на съпротивление, който може да увеличи общия въртящ момент с 15–25% в сравнение с моторите с повърхностен постоянен магнит (SPM). Това произлиза от умния начин, по който магнитите са внедрени вътре в ротора, създавайки допълнителен въртящ момент от магнитната забележимост на ротора.

От друга страна, SPM моторите имат по-прост път на флукса, което води до по-ниска индуктивност и по-бърз динамичен отговор. Това означава по-бързи промени в въртящия момент и скоростта, полезни за приложения, изискващи бърз контрол.

Още едно отличително качество е намаляване на полето: IPM моторите безопасно могат да разширят диапазона си на константна мощност чрез 2 до 3 пъти , благодарение на вътрешното разположение на магнитите, позволяващо ефективна работа при по-високи скорости. SPM моторите обикновено нямат това средство, защото техните магнити са изложени на повърхността, което ограничава тяхното представяне на високи скорости.

Заедно тези електромагнитни характеристики правят IPM мотори топ избор за високопроизводителни приложения като тягови системи за електрически превозни средства, където най-важни са въртящият момент, ефективността и диапазонът на скоростите. За по-задълбочено разглеждане на ролята на силата на магнитите в работата на мотора, виж ръководството на NBAEM за как да се измерва силата на магнитите.

Термична и механична надеждност

Повърхностните постоянни магнити (SPM) са изложени на повърхността на ротора, което ги прави податливи на термални hotspot-и по време на работа при високо натоварване. Това излагане може да причини провал на адхезията с времето, тъй като свързващият материал отслабва под термично натоварване. За разлика от това, вътрешните постоянни магнити (IPM) са интегрирани вътре в ядрото на ротора, предлагайки по-добра разсейване на топлината и подобрена механична здравина. Това внедряване защитава магнитите от механични повреди и намалява риска от демагнетизация, причинена от прекалено нагряване.

За дизайните със SPM NBAEM предоставя корозионостни устойчиви покрития — например епоксидна смола в съчетание с никел-цялтно-платиново покритие — които подобряват издръжността и помагат за предотвратяване на деградацията на магнитите от околната среда. Тези защитни слоеве са от съществено значение, когато магнитите са монтирани на повърхността и са по-податливи на механични и термични износвания.

Този фокус върху термична и механична устойчивост е критичен при избора между SPМ и IPM мотори за натоварени приложения като тягови системи за електрически превозни средства или индустриални задвижвания. За повече информация за магнитни материали и покрития, гамата от неодимови пръстенни магнити на NBAEM предлага решения, пригодени за термична устойчивост и дълготрайност.

Разбивка на разходите и производството

Моторите с повърхностно постоянен магнит (SPM) се ползват от по-ниски разходи за инструментално оборудване и по-бързи процеси на събиране, което ги прави отличен избор за приложения до 100 kW, където бюджетът и скоростта на производство са важни. По-малко сложната им роторна структура означава по-малко стъпки на машинна обработка и по-лесно разположение на магнитите.

От друга страна, IPM мотори имат по-сложни дизайн на ротора, тъй като магнитите са внедрени вътре в ядро. Тази сложност повишава разходите за производство и изисква прецизна механична обработка. Въпреки това, много IPM дизайни спестяват мед чрез оптимизация на роторовите витки, което може да компенсира част от разходите.

Материално, IPM мотори използват около 10–20% по-малко NdFeB магнитен материал, за да доставят същия въртящ момент като SPМ, благодарение на подобрената ефективност на магнитния контур. Това спестяване на магнити е ключов фактор за намаляване на общото тегло и разходи на мотора, особено при масово производство на електрически превозни средства.

За производители, заинтересовани от спецификите на магнитните материали, проучването на напредналите магнитни технологии на NBAEM помага да се оптимизира изборът на класа магнит и ефективността на разходите.

Приложения за оптимални точки

Снимка от control engineering  

Повърхностни постоянни магнитни (SPM) мотори са прекрасен избор за битови електроуреди, помпи с ниска скорост и дронове с чувствителни към цената изисквания. По-простият им дизайн и по-ниската цена ги правят идеални, когато бюджетът и лекотата на производство са ключови. От друга страна, вътрешните постоянни магнитни мотори (IPM) наистина блестят в изисквани приложения като задвижващи мотори за сцепление на електрическите превозни средства—мислете за Tesla Model 3 и NIO ET7—където висока плътност на мощността, по-добра ефективност и възможности за слабване на полето са от първостепенно значение. IPMs също са чести в задвижвания на въртяща се лопаст и в бързи шпиндели поради механичната си здравина и термичните предимства.

Има и hybrid случаи, които заслужават внимание: BMW i4 използва IPM ротор за оптимална производителност, докато Renault Zoe избира дизайн SPM, за да поддържа разходите ниски без да се жертва твърде много. Тази балансова комбинация показва колко силно зависи изборът между SPM и IPM от конкретните изисквания и приоритети на приложението.

NBAEM Карта на продуктите за магнити SPM и IPM

NBAEM предлага специализирани магнетни grade-ове, пригодени както за повърхностно постоянни магнитни (SPM), така и за вътрешни постоянни магнитни (IPM) мотори, оптимизирайки представянето и надеждността в различни приложения.

• Grades на SPM: Арковите магнити N52SH, с размери между R30 и R55 мм, са проектирани с температурен рейтинг от 120°C. Тези магнити са идеални за класически схеми с повърхностно монтирани компоненти, където стабилното магнитно представяне и по-лесната асемблея са приоритети.
• Grades на IPM: За вътрешните роторни магнити IPM NBAEM предлага блок магнити M45UH. Тези магнити са оптимизирани за внедряване в ядрото на ротора и идват с по-висок температурен рейтинг от 180°C, осигурявайки издръжливост при изисквания термичен и механичен стрес.

Един реален пример илюстрира въздействието на NBAEM: доставчик от първия ред на електрически превозни средства видял намаляване на разходите за 30% чрез преместване от конвенционални магнити към IPM блокове на NBAEM. Това показва не само материална и производствена ефективност, но и стойността на напредналите магнитни дизайни в развоя на задвижващи мотори за сцепление вEV.

Контролен списък за избор: Изберете SPM или IPM за 2 минути

За да вземете бързо решение между повърхностно постоянен магнитен (SPM) и вътрешен постоянен магнитен (IPM) мотор, задайте си тези 7 ключови въпроса:

Матрица за скорост срещу приоритет на въртящ момент

Използвайте този бърз списък, за да стесните избора на двигател според целите ви за производителност и цена. За повече информация за магнитните материали и тяхното използване в моторите, разгледайте Магнитни материали в моторната технология .