Pevný magnet na povrchu vs. Vnitřní pevný magnet

Pokud navrhujete nebo vybíráte motor s pevným magnetem, pochopení rozdílu mezi Povrchové permanentní magnety (SPM) a Vnitřní permanentní magnety (IPM) motory je klíčové. Tyto dva návrhy pohánějí většinu moderních trakčních motorů EV, průmyslových pohonů a větrných turbín – ale přinášejí velmi odlišné výsledky. Od výstupu točivého momentu a účinnosti to komplexnosti výroby a cena, vědět, kdy zvolit SPM vs. IPM může rozhodnout o výkonu a rozpočtu vašeho projektu. V tomto průvodci rozebíráme klíčové strukturální a elektromagnetické rozdíly, podpořené poznatky od NBAEM – důvěryhodného dodavatele magnetů NdFeB pro globální lídry jako FAW a Siemens. Připraveni odemknout, které umístění magnetu nejlépe odpovídá vašim potřebám? Pojďme na to.

Základní strukturální rozdíly: povrchové vs. vnitřní permanentní magnety

Při srovnání Povrchové permanentní magnety (SPM) a Vnitřní permanentní magnety (IPM), klíčový rozdíl spočívá v tom, jak jsou magnety umístěny na rotoru.

SPM rotory vypadají jako hladký válec s magnety jasně viditelnými, zatímco IPM rotory ukazují magnety bezpečně uložené v interních drážkách při pohledu v průřezu.

Dopad výroby

• SPM: Rychlejší a nákladově efektivnější výroba. Ideální pro aplikace s méně přísnými mechanickými požadavky.
• IPM: Složitější výroba kvůli přesně obráběným kapsám na magnety, ale nabízí lepší uchování magnetů a strukturální pevnost.

Porozumění těmto strukturálním rozdílům vám pomůže vybrat správné umístění magnetů pro výkon a potřeby výroby vašeho motoru.

Porovnání výkonu: Povrchový permanentní magnet vs. Vnitřní permanentní magnet

Přidání reluktančního točivého momentu u návrhů IPM nejen zvyšuje celkový točivý moment, ale také zlepšuje účinnost motoru při těžkých zátěžích. Na druhé straně mají motory SPM jednodušší umístění magnetů, ale čelí limitům při vysokých rychlostech a vysokém točivém momentu kvůli vystavení magnetů a problémům s jejich retencí.

Pro hlubší poznatky o typech magnetů vhodných pro tyto návrhy si prohlédněte nabídku vysokovýkonných materiálů neodymových magnetů od NBAEM materiály neodymových magnetů.

Elektromagnetické výhody SPM vs IPM

Jednou z největších elektromagnetických výhod vnitřního permanentního magnetu (IPM) je jeho reluktanční točivý moment, který může zvýšit celkový točivý moment o 15–25% ve srovnání s motory s povrchovým permanentním magnetem (SPM). To vychází z chytrého způsobu, jak jsou magnety zapuštěny uvnitř rotoru, čímž vzniká dodatečný točivý moment z magnetické saliency rotoru.

Na druhé straně mají motory SPM jednodušší cesta toku, což má za následek nižší indukčnost a rychlejší dynamickou odezvu. To znamená rychlejší změny momentu a rychlosti, což je užitečné pro aplikace vyžadující rychlou kontrolu.

Dalším výrazným prvkem je oslabení pole: Motory IPM mohou bezpečně prodloužit svůj rozsah konstantního výkonu při rychlosti díky 2 až 3 násobkům díky jejich vnitřnímu uspořádání magnetů, což umožňuje efektivní provoz při vyšších rychlostech. Motory SPM obvykle tuto schopnost postrádají, protože jejich magnety jsou vystaveny na povrchu, což omezuje jejich výkon při vysokých rychlostech.

Společně tyto elektromagnetické vlastnosti činí motory IPM vynikající volbou pro vysoce výkonné aplikace, jako je trakce EV, kde na výkon, účinnost a rozsah rychlosti záleží nejvíce. Pro hlubší pochopení role magnetické síly v výkonu motoru si přečtěte průvodce NBAEM o jak měřit sílu magnetu.

Tepelné a mechanické spolehlivosti

Povrchové permanentní magnety (SPM) jsou vystaveny na povrchu rotoru, což je činí náchylnými k tepelným hotspotům při vysokém zatížení. Tato expozice může časem způsobit selhání lepidla, protože spojovací materiál slábne pod vlivem tepla. Naopak, vnitřní permanentní magnety (IPM) jsou vloženy uvnitř jádra rotoru, což nabízí lepší odvod tepla a zlepšenou mechanickou pevnost. Toto uložení chrání magnety před mechanickým poškozením a snižuje riziko demagnetizace způsobené přehřátím.

Pro designy SPM poskytuje NBAEM protikorozní vrstvy, jako je epoxid kombinovaný s NiCuNi povlakem, které zvyšují odolnost a pomáhají předcházet degradaci magnetů vlivem prostředí. Tyto ochranné vrstvy jsou nezbytné, když jsou magnety namontovány na povrchu a jsou více náchylné k mechanickému a tepelnému opotřebení.

Tento důraz na tepelnou a mechanickou odolnost je klíčový při výběru mezi motory SPM a IPM pro náročné aplikace, jako je trakce EV nebo průmyslové pohony. Pro více informací o magnetových materiálech a povlacích nabízí NBAEM řadu neodymových kroužkových magnetů řešení přizpůsobených pro tepelnou odolnost a dlouhověkost.

Náklady a výrobní přehled

Motory s povrchovým permanentním magnetem (SPM) mají výhodu nižších nákladů na nástroje a rychlejší montážní procesy, což je činí ideálními pro aplikace do 100 kW, kde záleží na rozpočtu a rychlosti výroby. Jejich jednodušší konstrukce rotoru znamená méně obráběcích kroků a jednodušší umístění magnetů.

Naopak, motory s vnitřním permanentním magnetem (IPM) mají složitější konstrukci rotoru, protože magnety jsou vloženy uvnitř jádra. Tato složitost zvyšuje výrobní náklady a vyžaduje přesné obrábění. Nicméně, mnoho designů IPM šetří na použití mědi optimalizací vinutí rotoru, což může některé náklady kompenzovat.

Materiálově používají motory IPM přibližně o 10–20 % méně magnetického materiálu NdFeB, aby dosáhly stejného točivého momentu jako SPM, díky zvýšené účinnosti magnetického obvodu. Tato úspora magnetů je klíčovým faktorem snižování celkové hmotnosti a nákladů motoru, zejména při masové výrobě EV.

Pro výrobce, kteří mají zájem o specifika magnetických materiálů, pomáhá prozkoumání pokročilých magnetických technologií NBAEM optimalizovat výběr magnetických tříd a nákladovou efektivitu.

Aplikace a ideální oblasti

Fotografie od Řízení technologií  

Motory s povrchovým permanentním magnetem (SPM) jsou skvělou volbou pro domácí spotřebiče, čerpadla nízké rychlosti a drony citlivé na cenu. Jejich jednodušší konstrukce a nižší náklady je činí ideálními, když jsou klíčové rozpočet a snadná výroba. Na druhou stranu, motory s vnitřním permanentním magnetem (IPM) skutečně vynikají v náročných aplikacích, jako jsou trakční motory elektromobilů—myslete na Tesla Model 3 a NIO ET7—kde je nejdůležitější vysoká hustota výkonu, lepší účinnost a schopnosti zeslabování pole. IPM jsou také běžné v řízeních větrných listů a vysokorychlostních vřetenech díky jejich mechanické odolnosti a tepelným výhodám.

Existují také hybridní případy, které stojí za zmínku: BMW i4 používá rotor s IPM pro optimální výkon, zatímco Renault Zoe volí design SPM, aby snížil náklady bez přílišného obětování výkonu. Tato rovnováha ukazuje, jak záleží na konkrétních požadavcích a prioritách aplikace při volbě mezi SPM a IPM.

Mapování produktů NBAEM pro magnety SPM a IPM

NBAEM nabízí specializované třídy magnetů přizpůsobené jak pro motory s povrchovým permanentním magnetem (SPM), tak pro motory s vnitřním permanentním magnetem (IPM), optimalizující výkon a spolehlivost v různých aplikacích.

• Třídy SPM: Arc magnety N52SH, velikosti mezi R30 a R55 mm, jsou navrženy s teplotním hodnocením 120°C. Tyto magnety jsou ideální pro klasické uspořádání s povrchovým magnetem, kde jsou prioritou stabilní magnetický výkon a snadnější montáž.
• Třídy IPM: Pro vnitřní rotory s permanentním magnetem NBAEM poskytuje blokové magnety M45UH. Ty jsou optimalizované pro vložení do jádra rotoru a mají vyšší teplotní hodnocení 180°C, což zajišťuje odolnost při náročných tepelných a mechanických namáháních.

Příklad z praxe ukazuje dopad NBAEM: dodavatel elektrických vozidel Tier-1 zaznamenal 30% snížení nákladů při přechodu z konvenčních magnetů na IPM bloky NBAEM. To ukazuje nejen na efektivitu materiálu a výroby, ale i na hodnotu pokročilých magnetických návrhů při vývoji trakčních motorů EV.

Kontrolní seznam výběru: Vyberte SPM nebo IPM za 2 minuty

Pro rychlé rozhodnutí mezi motorem s povrchovým permanentním magnetem (SPM) a motorem s vnitřním permanentním magnetem (IPM) si položte těchto 7 klíčových otázek:

Matice priority rychlosti vs. točivý moment

Použijte tento rychlý kontrolní seznam k zúžení výběru motoru na základě vašich výkonových a nákladových cílů. Pro více informací o magnetových materiálech a jejich použití v motorech navštivte Magnetické materiály v motorové technice .