Посібник з порівняльної ефективності дисків з магнітами по діаметру та кільцевих магнітів з мультиполем

Пояснення малюнків магнітації

Діаметрально намагнічені дискові магніти

• Намагнічені по діаметру з чіткою полярністю Північ-Північ
• Магнітні лінії поля виходять з однієї напівкруглої частини і входять у протилежну напівкруглу частину
• Зазвичай виготовляються з високопродуктивних матеріалів, таких як NdFeB (Неодим-залізо-бор) та SmCo (Самарій Кобальт).
• Типові класи варіюються від N35 до N52 для NdFeB і 2J85 для SmCo

Мультиполярні кільцеві магніти

• Мають кілька чергуючих полюсів, рівномірно розташованих навколо окружності — зазвичай 4, 6, 8 або більше полюсів
• Два основні напрямки: осьовий (полюси вирівняні вздовж осі магніта) та радіальний (полюси спрямовані назовні радіально)
• Методи виробництва включають спечені магніти, що забезпечують високу міцність і точність, та зв’язані магніти, які дозволяють створювати складні форми та гнучкість

NBAEM спеціалізується на постачанні як діаметральних дисків, так і прецизійних мультиполярних кільцевих магнітів, адаптованих до ваших точних потреб застосування

Порівняння характеристик магнітного поля

При порівнянні діаметрально намагнічені дискові магніти to мультиполярні кільцеві магніти, різниця у характеристиках магнітного поля чітко виділяється:

Діаметральні диски створюють чітке північно-південне поле по діаметру, але крайові ефекти можуть спричинити нерівномірний розподіл потоку. З іншого боку, багатополюсні кільцеві магніти пропонують чудову радіальну однорідність поля, завдяки їхньому чергуванню полюсів навколо кільця. Ця конструкція згладжує переходи між полюсами, забезпечуючи кращі синусоїдальні магнітні поля, що є вирішальним для зменшення пульсацій крутного моменту в таких застосуваннях, як BLDC та шпиндельні двигуни.

Симуляції методом кінцевих елементів (FEA) підтверджують, що багатополюсні кільця забезпечують сильнішу та плавнішу індукцію магнітного потоку в повітряному зазорі, що робить їх кращим варіантом для високопродуктивних конструкцій двигунів, які потребують стабільного вихідного крутного моменту.

Для отримання детальних вказівок щодо продуктивності магнітів та марок матеріалів, таких як NdFeB, ознайомтеся з нашим порівнянням марок магнітів N52 та N35, де детально розглядається, як вибір матеріалу впливає на силу та стабільність поля.

Крутний момент і зубцювання в обертових застосуваннях

Коли справа доходить до крутного моменту та зубцювання, діаметрально намагнічені диски, як правило, демонструють вищі ефекти зубцювання. Це робить їх хорошим вибором для 2-полюсних крокових двигунів, де потрібне точне утримання позиції, але пульсація крутного моменту не є великою проблемою. Різкий перехід полюса на 180° викликає помітні стрибки крутного моменту під час обертання ротора.

З іншого боку, багатополюсні кільцеві магніти — з їхніми численними плавними переходами полюсів — пропонують майже нульовий крутний момент зубцювання. Це робить їх ідеальними для серво- та шпиндельних двигунів, які потребують плавного обертання та стабільного вихідного крутного моменту. Завдяки їхній синусоїдальній індукції магнітного потоку, пульсація крутного моменту значно мінімізується.

Фактично, реальні тестові дані та формули пульсації крутного моменту показують, що 6- та 8-полюсні кільцеві магніти зменшують пульсацію крутного моменту до 70% порівняно з діаметральними дисками. Це означає тихіші, ефективніші двигуни, особливо корисні у високопродуктивних BLDC застосуваннях.

Для тих, хто шукає зменшення крутного моменту зубцювання та більш плавного руху, багатополюсні кільця є найкращим варіантом. Якщо ви хочете глибше зануритися в магнітні матеріали, які витримують вищі робочі температури, детальний паспорт магніту SmCo охоплює варіанти, які підходять для складних конструкцій двигунів.

Механічні аспекти та міркування щодо збирання

Щодо монтажу дисків із протилежно намагніченою полярністю, зазвичай використовуються методи прес-фіт або клейового монтажу. Однак ці диски вимагають суворого допуску по вирівнюванню полюсів — будь-яке неправильне вирівнювання понад 0,05 мм може спричинити помітне зниження продуктивності. Ця чутливість до неправильного розташування полюсів вимагає обережного поводження під час збирання.

З іншого боку, багатополюсні кільцеві магніти мають переваги від більш сучасних методів монтажу, таких як ін'єкційне формування або усадка, що забезпечують міцнішу механічну стабільність і кращий захист. NBAEM встановлює строгий допуск ±0,03 мм на розташування полюсів для багатополюсних кільцевих магнітів, забезпечуючи відмінну рівномірність радіального поля та стабільну магнітну продуктивність. Ця висока точність зменшує ризики під час збирання двигуна і підвищує загальну надійність.

Матриця застосувань за галузями

Щодо реального використання, вибір між дисками із протилежною намагніченістю та багатополюсними кільцевими магнітами значною мірою залежить від вимог до продуктивності та цінових цілей застосування.

• Дрони: Багатополюсний кільцевий магніт із 6 полюсами ідеально підходить для гімбальних двигунів, забезпечуючи плавне, точне керування з приблизним зменшенням крутного моменту за рахунок 30%. Це означає кращу стабілізацію камери і довший час польоту завдяки меншим вібраціям двигуна.
• Автомобільна EPS (електричне кермо): Диски із протилежною намагніченістю — економічний вибір тут. Завдяки простому 2-полюсному дизайну вони підтримують високий обсяг виробництва — понад 100 000 одиниць на рік — при збереженні надійної роботи в системах керування.
• Мотори шпинделів HDD: Високошвидкісні шпинделі виграють від багатополюсних кільцевих магнітів із 8 полюсами. Їхня висока точність розташування полюсів підтримує рівень відхилення менше 0,5%, забезпечуючи стабільні оберти і довший термін служби жорсткого диска.

Для отримання додаткової інформації про магнітні рішення, адаптовані до застосувань у різних галузях, ознайомтеся з експертними порадами NBAEM щодо застосування магнітів для мотора.

Розподіл витрат та масштабованості

Щодо інструменту, багатополюсні кільцеві магніти потребують більше часу — зазвичай 4-6 тижнів — через складність точного розташування полюсів. У порівнянні, диски із протилежною намагніченістю потребують близько 2 тижнів, що робить їх швидшими у виробництві.

При обсязі 10 000 штук різниця у вартості за штуку коливається від $0,15 до $0,80, причому багатополюсні кільцеві магніти зазвичай дорожчі через складне виробництво і більш строгі допуски. Однак ця додаткова вартість часто окупається у продуктивності для застосувань, що потребують плавного крутного моменту і синусоїдальної щільності магнітного потоку.

NBAEM пропонує мінімальне замовлення (MOQ) у 100 прототипних штук з повною перевіркою полюсів для забезпечення точної намагніченості та надійної роботи перед масштабуванням виробництва. Ця послуга допомагає зменшити ризики і прискорити розробку продукту.

Перевірочний список для вибору магнітів із протилежною намагніченістю та багатополюсних кільцевих магнітів

Вибір правильного магніту залежить від ваших конкретних потреб. Ось короткий гід, щоб допомогти вам визначитися:

• Потрібно менше ніж 4 полюси? Обирайте магніт із протилежною намагніченістю—прості та ефективні для базових налаштувань двополюсних систем.
• Шукаєте плавний, синусоїдальний зворотній ЕРФ (BEMF)? Мультиполярні кільцеві магніти — ваш найкращий вибір, вони забезпечують вищу рівномірність радіального поля та зменшують коливання крутного моменту.
• Робоча температура понад 120°C? Розглядайте Магніти SmCo мультиполярні для кращої теплової стабільності та продуктивності.

Для точних збірок, особливо з високими вимогами до розташування полюсів, ви можете зв’язатися з нашою командою CTA щоб отримати детальний звіт про розташування полюсів протягом 24 годин.

Цей контрольний список гарантує вибір магніту, який підходить для вашої застосовності — чи то для економічного керування EPS, чи для високопродуктивних шпиндельних моторів.

Більше про високопродуктивні матеріали, такі як SmCo, дивіться у нашій детальній статті на Магніти SmCo.