Magnes trwały na powierzchni vs Magnes trwały wewnętrzny

Jeśli projektujesz lub wybierasz silnik z magnesem trwałym, zrozumienie różnicy między Magnetami trwałymi powierzchniowymi (SPM) oraz Magnetami trwałymi wewnętrznymi (IPM) silniki są kluczowe. Te dwa projekty napędzają większość nowoczesnych silników trakcyjnych EV, napędów przemysłowych i turbin wiatrowych — ale dają bardzo różne rezultaty. Od momentu obrotowego oraz wydajności to złożoności produkcji oraz koszt, wiedza, kiedy wybrać SPM a IPM może zadecydować o wydajności i budżecie Twojego projektu. W tym przewodniku rozłożymy na czynniki pierwsze kluczowe różnice strukturalne i elektromagnetyczne, poparte spostrzeżeniami od NBAEM — zaufanego dostawcy magnesów NdFeB dla liderów globalnych, takich jak FAW i Siemens. Gotowy, aby odkryć, które umiejscowienie magnesu najlepiej odpowiada Twoim potrzebom? Zaczynajmy.

Podstawowe różnice strukturalne: Magnesy powierzchniowe vs. Magnesy wewnętrzne

Porównując Magnesy trwałe powierzchniowe (SPM) oraz Magnesy trwałe wewnętrzne (IPM), kluczowa różnica polega na tym, jak magnesy są umieszczone na wirniku.

Wirniki SPM wyglądają jak gładki cylinder z wyraźnie widocznymi magnesami, podczas gdy wirniki IPM pokazują magnesy bezpiecznie schowane w wewnętrznych rowkach przy przekroju.

Wpływ produkcji

• SPM: Szybsza i bardziej opłacalna produkcja. Idealne do zastosowań o mniej rygorystycznych wymaganiach mechanicznych.
• IPM: Bardziej skomplikowana produkcja ze względu na precyzyjnie obrobione kieszenie na magnesy, ale zapewnia lepsze utrzymanie magnesów i wytrzymałość strukturalną.

Zrozumienie tych różnic strukturalnych pomaga wybrać odpowiednie umiejscowienie magnesów dla wydajności i potrzeb produkcyjnych silnika.

Porównanie wydajności: Magnes trwały na powierzchni vs. Magnes trwały wewnątrz

Dodanie momentu reluktancji w konstrukcjach IPM nie tylko zwiększa całkowity moment obrotowy, ale także poprawia wydajność silnika przy dużym obciążeniu. Z drugiej strony, silniki SPM mają prostsze rozmieszczenie magnesów, ale napotykają ograniczenia w zastosowaniach przy dużych prędkościach i wysokim momencie obrotowym ze względu na wystawienie magnesów i problemy z utrzymaniem.

Aby uzyskać głębsze informacje na temat klas magnesów odpowiednich dla tych konstrukcji, sprawdź ofertę wysokowydajnych materiałów magnesowych neodymowych NBAEM materiały magnesowe neodymowe.

Zalety elektromagnetyczne silników SPM vs IPM

Jedną z największych zalet elektromagnetycznych konstrukcji z magnesami trwałymi wewnątrz (IPM) jest jej moment reluktancji, który może zwiększyć całkowity moment obrotowy o 15–25% w porównaniu do silników z magnesami trwałymi na powierzchni (SPM)Co wynika z sprytnego umieszczenia magnesów wewnątrz wirnika, tworząc dodatkowy moment z magnetycznej widoczności wirnika.

Z drugiej strony, silniki SPM mają prostsza ścieżka przepływu, co skutkuje niższą indukcyjnością oraz szybszą odpowiedzią dynamiczną. Oznacza to szybsze zmiany momentu obrotowego i prędkości, co jest przydatne w zastosowaniach wymagających szybkiego sterowania.

Kolejnym wyróżnikiem jest osłabianie pola: silniki IPM mogą bezpiecznie rozszerzać zakres stałej mocy przy 2 do 3 razy dzięki wewnętrznemu układowi magnesów, umożliwiając efektywną pracę przy wyższych prędkościach. Silniki SPM zazwyczaj nie mają takiej możliwości, ponieważ ich magnesy są eksponowane na powierzchni, co ogranicza ich wydajność przy wysokich prędkościach.

Razem te cechy elektromagnetyczne sprawiają, że silniki IPM są najlepszym wyborem do zastosowań wysokiej wydajności, takich jak napędy EV, gdzie najważniejsze są moment obrotowy, efektywność i zakres prędkości. Aby głębiej poznać rolę siły magnesu w wydajności silnika, sprawdź przewodnik NBAEM na temat jak mierzyć siłę magnesu.

Niezawodności termicznej i mechanicznej

Magnesy trwałe na powierzchni (SPM) są eksponowane na powierzchni wirnika, co czyni je podatnymi na gorące punkty termiczne podczas pracy pod dużym obciążeniem. To narażenie może powodować awarie kleju z czasem, ponieważ materiał wiążący słabnie pod wpływem stresu cieplnego. W przeciwieństwie do tego, magnesy trwałe wewnętrzne (IPM) są osadzone wewnątrz rdzenia wirnika, co zapewnia lepszą dystrybucję ciepła i zwiększoną wytrzymałość mechaniczną. To osadzenie chroni magnesy przed uszkodzeniami mechanicznymi i zmniejsza ryzyko demagnetyzacji spowodowane przegrzewaniem.

Dla konstrukcji SPM NBAEM oferuje powłoki odporne na korozję — takie jak epoksyd połączony z powłoką NiCuNi — które zwiększają trwałość i pomagają zapobiegać degradacji magnesów wskutek ekspozycji na środowisko. Te warstwy ochronne są niezbędne, gdy magnesy są montowane na powierzchni i bardziej podatne na zużycie mechaniczne i termiczne.

Skupienie na odporności termicznej i mechanicznej jest kluczowe przy wyborze między silnikami SPM a IPM do wymagających zastosowań, takich jak napędy EV czy napędy przemysłowe. Aby dowiedzieć się więcej o materiałach magnesowych i powłokach, oferta NBAEM obejmuje pierścieniowe magnesy neodymowe, które są rozwiązaniami dostosowanymi do odporności termicznej i długowieczności.

Koszty i podział produkcji

Silniki z magnesami trwałymi na powierzchni (SPM) korzystają z niższych kosztów narzędzi i szybszych procesów montażu, co czyni je idealnym wyborem dla zastosowań do 100 kW, gdzie liczy się budżet i szybkość produkcji. Ich prostsza struktura wirnika oznacza mniej etapów obróbki i łatwiejsze umieszczanie magnesów.

Z kolei silniki z magnesami trwałymi wewnętrznymi (IPM) mają bardziej skomplikowane konstrukcje wirników, ponieważ magnesy są osadzone wewnątrz rdzenia. Ta złożoność podnosi koszty produkcji i wymaga precyzyjnej obróbki. Jednak wiele projektów IPM oszczędza na użyciu miedzi poprzez optymalizację uzwojeń wirnika, co może zrekompensować niektóre koszty.

Pod względem materiałowym, silniki IPM zużywają około 10–20% mniej magnesów NdFeB, aby osiągnąć ten sam moment obrotowy co SPM, dzięki zwiększonej wydajności obwodu magnetycznego. Ta oszczędność magnesów jest kluczowym czynnikiem w obniżeniu całkowitej masy i kosztów silnika, szczególnie w produkcji EV na dużą skalę.

Dla producentów zainteresowanych szczegółami dotyczącymi materiałów magnetycznych, eksploracja zaawansowanych technologii magnetycznych NBAEM pomaga zoptymalizować wybór gatunku magnesów i efektywność kosztową.

Optymalne zastosowania

Zdjęcie od inżynieria sterowania  

Silniki z powierzchniowym magnesem trwałym (SPM) są doskonałym wyborem dla urządzeń gospodarstwa domowego, pomp niskiej prędkości oraz dronów o niskim koszcie. Ich prostsza konstrukcja i niższy koszt sprawiają, że są idealne, gdy budżet i łatwość produkcji są kluczowe. Z drugiej strony, silniki z magnesem trwałym wewnętrznym (IPM) naprawdę błyszczą w wymagających zastosowaniach, takich jak silniki trakcyjne EV—np. Tesla Model 3 i NIO ET7—gdzie najważniejsze są wysokie zagęszczenie mocy, lepsza wydajność i możliwości osłabiania pola. IPM są również powszechne w napędach śrubowych wiatraków i wysokoprędkościowych wrzecionach ze względu na ich wytrzymałość mechaniczną i zalety termiczne.

Istnieją również przypadki hybrydowe warte uwagi: BMW i4 używa wirnika IPM dla optymalnej wydajności, podczas gdy Renault Zoe wybiera konstrukcję SPM, aby obniżyć koszty bez zbytniej utraty wydajności. Ta równowaga pokazuje, jak wybór między SPM a IPM zależy w dużej mierze od wymagań i priorytetów konkretnego zastosowania.

Mapowanie produktów NBAEM dla magnesów SPM i IPM

NBAEM oferuje specjalistyczne gatunki magnesów dostosowane zarówno do silników z powierzchniowym magnesem trwałym (SPM), jak i do silników z magnesem trwałym wewnętrznym (IPM), optymalizując wydajność i niezawodność w różnych zastosowaniach.

• Gatunki SPM: Magnesy łukowe N52SH, o rozmiarze od R30 do R55 mm, zaprojektowane z oceną temperaturową 120°C. Te magnesy są idealne do klasycznych układów montażu powierzchniowego, gdzie priorytetem jest stabilność pola magnetycznego i łatwość montażu.
• Gatunki IPM: Dla wewnętrznych wirników z magnesem trwałym NBAEM dostarcza magnesy blokowe M45UH. Są zoptymalizowane pod kątem osadzenia w rdzeniu wirnika i mają wyższą ocenę temperaturową 180°C, zapewniając trwałość w wymagających warunkach termicznych i mechanicznych.

Przykład z życia pokazuje wpływ NBAEM: dostawca pojazdów elektrycznych klasy Tier-1 odnotował redukcję kosztów o 30% dzięki przejściu z konwencjonalnych magnesów na bloki IPM NBAEM. To pokazuje nie tylko efektywność materiałów i produkcji, ale także wartość zaawansowanych projektów magnesów w rozwoju silników trakcyjnych EV.

Lista kontrolna wyboru: wybierz SPM lub IPM w 2 minuty

Aby szybko zdecydować między silnikiem z powierzchniowym magnesem trwałym (SPM) a silnikiem z magnesem trwałym wewnętrznym (IPM), zadaj sobie tych 7 kluczowych pytań:

Macierz priorytetów prędkości a momentu obrotowego

Użyj tej szybkiej listy kontrolnej, aby zawęzić wybór silnika na podstawie celów wydajności i kosztów. Aby dowiedzieć się więcej o materiałach magnesów i ich zastosowaniu w silnikach, sprawdź Materiały magnetyczne w technologii silników .