Поверхневий постійний магніт проти внутрішнього постійного магніту

Якщо ви проектуєте або обираєте двигун з постійним магнітом, розуміння різниці між Постійними магнітами на поверхні (SPM) та Внутрішніми постійними магнітами (IPM) двигунами є ключовим. Ці два дизайни живлять більшість сучасних тягових двигунів електромобілів, промислових приводів і вітрових турбін — але вони дають дуже різні результати. Від виходу крутного моменту та ефективності to складності виробництва та вартість, знання, коли обирати SPM проти IPM може визначити або успіх, або провал вашого проекту за показниками продуктивності та бюджету. У цьому посібнику ми розглянемо основні структурні та електромагнітні відмінності, підтверджені інсайтами від NBAEM — надійного постачальника магнітів NdFeB для світових лідерів, таких як FAW і Siemens. Готові дізнатися, яке розміщення магнітів найкраще відповідає вашим потребам? Давайте розпочнемо.

Основні структурні відмінності: магніти на поверхні проти внутрішніх магнітів

При порівнянні Постійні магніти на поверхні (SPM) та Внутрішні постійні магніти (IPM), ключова різниця полягає в тому, як магніти розміщені на роторі.

Ротори SPM виглядають як гладкий циліндр з чітко видимими магнітами, тоді як ротори IPM показують магніти, безпечно заховані у внутрішніх пазах при поперечному розрізі.

Вплив виробництва

• СПМ: Швидше та економічніше у виробництві. Ідеально підходить для застосувань з менш суворими механічними вимогами.
• ІПМ: Більш складне виробництво через точно оброблені пази для магнітів, але забезпечує кращу утримуваність магнітів та структурну міцність.

Розуміння цих структурних різниць допомагає вам обрати правильне розміщення магнітів для продуктивності та потреб виробництва вашого мотора.

Порівняння продуктивності: поверхневий постійний магніт проти внутрішнього постійного магніту

Додавання релекторного крутного моменту в конструкції IPM не лише підвищує загальний вихідний крутний момент, а й покращує ефективність мотора при важких навантаженнях. З іншого боку, мотори SPM мають простішу розміщення магнітів, але стикаються з обмеженнями при високих швидкостях і високому крутному моменті через відкриття магнітів і проблеми з утриманням.

Для більш глибокого розуміння щодо класів магнітів, придатних для цих конструкцій, ознайомтеся з асортиментом високопродуктивних матеріалів неодимових магнітів NBAEM матеріали неодимових магнітів.

Електромагнічні переваги SPM проти IPM

Однією з найбільших електромагнітних переваг внутрішнього постійного магніту (IPM) є його релекторний крутний момент, який може збільшити загальний крутний момент на 15–25% порівняно з моторами з поверхневим постійним магнітом (SPM). Це зумовлено хитрим способом вбудовування магнітів всередину ротора, що створює додатковий крутний момент завдяки магнітній видимості ротора.

З іншого боку, мотори SPM мають простіший шлях магнітного потоку, що призводить до нижчої індуктивності та швидшої динамічної реакції. Це означає швидші зміни крутного моменту та швидкості, корисні для застосувань, що потребують швидкого керування.

Ще одним видатним є загасання поля: двигуни IPM можуть безпечно розширювати свій діапазон постійної потужності за рахунок 2 до 3 разів завдяки внутрішньому розташуванню магнітів, що дозволяє ефективно працювати на високих швидкостях. Зазвичай двигуни SPM не мають цієї здатності, оскільки їх магніти розташовані на поверхні, що обмежує їхню продуктивність на високих швидкостях.

Разом ці електромагнітні характеристики роблять двигуни IPM найкращим вибором для високопродуктивних застосувань, таких як тяга електромобілів, де важливі крутний момент, ефективність і діапазон швидкості. Для більш глибокого розуміння ролі магнітної сили у роботі двигуна ознайомтеся з посібником NBAEM про як виміряти силу магніту.

Теплову та механічну надійність

Поверхневі постійні магніти (SPM) розташовані відкрито на поверхні ротора, що робить їх вразливими до теплових гарячих точок під час роботи з високим навантаженням. Це відкриття може спричинити відмови клею з часом, оскільки матеріал з'єднання слабшає під впливом тепла. На відміну від них, внутрішні постійні магніти (IPM) вбудовані всередину ядра ротора, що забезпечує кращий відвід тепла та покращену механічну міцність. Це вбудовування захищає магніти від механічних пошкоджень і зменшує ризик демагнітації через перегрів.

Для конструкцій SPM NBAEM надає антикорозійні покриття — такі як епоксидне з покриттям NiCuNi — що підвищують довговічність і допомагають запобігти деградації магнітів від впливу навколишнього середовища. Ці захисні шари є необхідними, коли магніти розташовані на поверхні і більш вразливі до механічних і теплових зношувань.

Ця увага до теплової та механічної міцності є критичною при виборі між SPM та IPM двигунами для вимогливих застосувань, таких як тяга електромобілів або промислові приводи. Для більш детальної інформації про матеріали магнітів і покриття, асортимент NBAEM з кільцевими магнітами з неодиму пропонує рішення, орієнтовані на теплову стійкість і довговічність.

Аналіз вартості та виробництва

Двигуни з поверхневими постійними магнітами (SPM) мають переваги у нижчих витратах на інструменти та швидшому процесі збирання, що робить їх ідеальним вибором для застосувань до 100 кВт, де важливі бюджет і швидкість виробництва. Їхня проста структура ротора означає менше етапів обробки та легше розміщення магнітів.

З іншого боку, двигуни з внутрішніми постійними магнітами (IPM) мають більш складний дизайн ротора, оскільки магніти вбудовані всередину ядра. Ця складність підвищує витрати на виробництво і вимагає точного оброблення. Однак багато конструкцій IPM економлять мідь, оптимізуючи обмотки ротора, що може компенсувати частину витрат.

За матеріалами, двигуни IPM використовують приблизно на 10–20% менше магнітного матеріалу NdFeB для досягнення такого ж крутного моменту, завдяки підвищеній ефективності магнітної системи. Це збереження магніту є ключовим фактором у зменшенні загальної ваги і вартості двигуна, особливо при високому обсязі виробництва електромобілів.

Для виробників, зацікавлених у деталях магнітних матеріалів, дослідження передових магнітних технологій NBAEM допомагає оптимізувати вибір класу магнітів і підвищити економічну ефективність.

Зони застосування

Фото з контрольна інженерія  

Постійні магнітні двигуни з поверхневим магнітом (SPM) чудово підходять для побутових приладів, насосів низької швидкості та дронів, чутливих до вартості. Їхній простий дизайн і нижча ціна роблять їх ідеальними, коли важливі бюджет і легкість виготовлення. З іншого боку, внутрішні постійні магнітні двигуни (IPM) справді проявляють себе в вимогливих застосуваннях, таких як тягові двигуни електромобілів — наприклад, Tesla Model 3 і NIO ET7 — де важливі високий щільність потужності, кращий коефіцієнт корисної дії та можливості ослаблення магнітного поля. IPM також поширені в приводах крутного моменту вітрових турбін і високошвидкісних шпинделів через їхню механічну міцність і теплові переваги.

Також варто зазначити гібридні випадки: BMW i4 використовує ротор IPM для оптимальної продуктивності, тоді як Renault Zoe обирає дизайн SPM, щоб знизити витрати без значної втрати характеристик. Цей баланс показує, що вибір між SPM і IPM значною мірою залежить від конкретних вимог і пріоритетів застосування.

Картографування продуктів NBAEM для магнітів SPM і IPM

NBAEM пропонує спеціалізовані класи магнітів, адаптовані як для постійних магнітних двигунів з поверхневим магнітом (SPM), так і для внутрішніх постійних магнітних двигунів (IPM), оптимізуючи продуктивність і надійність у різних застосуваннях.

• Класи SPM: Аркові магніти N52SH, розміром від R30 до R55 мм, розроблені з температурним рейтингом 120°C. Ці магніти ідеально підходять для класичних монтажних систем з поверхневим магнітом, де пріоритетами є стабільна магнітна продуктивність і легкість монтажу.
• Класи IPM: Для внутрішніх роторів з постійним магнітом NBAEM пропонує блокові магніти M45UH. Вони оптимізовані для вбудовування в роторний сердечник і мають вищий температурний рейтинг 180°C, що забезпечує довговічність при високих теплових і механічних навантаженнях.

Реальний приклад демонструє вплив NBAEM: постачальник електромобілів рівня Tier-1 знизив витрати на 30% завдяки переходу від звичайних магнітів до заготовок IPM від NBAEM. Це демонструє не лише ефективність матеріалів і виробництва, але й цінність передових дизайнів магнітів у розробці тягових двигунів для електромобілів.

Перевірка вибору: оберіть SPM або IPM за 2 хвилини

Щоб швидко визначити між двигуном з постійним магнітом на поверхні (SPM) і внутрішнім постійним магнітом (IPM), поставте собі ці 7 ключових питань:

Матриця пріоритетів швидкості проти крутного моменту

Використовуйте цей швидкий контрольний список, щоб звузити вибір мотора відповідно до ваших цілей щодо продуктивності та вартості. Для більш детальної інформації про магнітні матеріали та їх використання в моторах, ознайомтеся з Магнітні матеріали в моторостроєнні .