fluxo axila

1Materials and fabrication1 AXIAL FLUX PERMANENT MA GNET BRUSHLESS MACHINES

Capítulo 3

MATERIAIS E FABRICAÇÃO

3.1 núcleos do estator

Núcleos do estator de máquinas sem escova AFPM são feitos de aços laminados ou materiais macios do pó magnético. Pós magnéticos moles simplificam o processo de turing manufac e reduzem o custo das máquinas AFPM.

3.1.1 Não orientada para aços elétricos

Mais laminados núcleos para estatores de máquinas sem escova AFPM são feitos sem fitas de aço do silicone (isotrópico) orientado com espessura padrão de 0,12 a 0,64 mm. Não orientada para aços são ligas de Fe-Si com uma orientação aleatória dos cubos de cristal. Propriedades magnéticas são praticamente a mesma em qualquer direção no plano da folha ou fita. Um processo de recristalização secundária não é necessária e a alta temperatura do recozimento não é essencial. Não orientado as notas contêm entre 0,5% e 3,25% Si com até 0,5% Al além de aumentar a resistividade e diminuir a temperatura de recristalização da primária.

Não orientada para aços elétricos estão disponíveis como bothfully processados e produtos semi processado. Totalmente processada não orientada para aços elétricos são com pletamente processado pelo fabricante do aço, pronto para uso, sem qualquer processamento de dicional publicidade necessário para alcançar a qualidade desejada e magnética. Semi processados não orientada Electrotécnica aços são aqueles que não receberam o tratamento de recozimento pleno pelo produtor aço. Em alguns casos, os usuários preferem desenvolver a qualidade magnética final e obter alívio de tensões em laminações de fabricação ou montados núcleos para máquinas pequenas.

A mais aceita universalmente por perdas do núcleo de classificação de aços elétricos é o sistema americano de ferro e indústria de aço (AISI) (tabela 3.1), o chamado "M-classificação". Para pequenas e médias máquinas eléctricas de potência (potência menor do que 75 kW), podem ser usados os seguintes graus: M-27, M-36, M-43, M-45 e M-47.

Um núcleo magnético de estratificação é ineficaz em manter excessiva redemoinhos de circular dentro do núcleo inteiro a menos que as superfícies das laminações são adequadamente isoladas. Tipos de isolamento de superfície incluem a superfície de óxido natural, inorgânico isolamento, esmalte, verniz ou superfície quimicamente tratada. A espessura da isolação é expressa com o auxílio da fator de empilhamento:


onde d é a espessura da laminação desencapada e 6. é a espessura do sulation em camada medido em um lado. O empilhamento fator k; é tipicamente de 0,94 a 0,97.

Tabela 3.2. Perdas do núcleo específico da Armco DI-MAX não aços elétricos orientados M-27, M-36 e M-43 a 60 Hz

Tabela 3.3. Curvas de magnetização da Armco DI-MAX totalmente transformado sem aços elétricos orientados M-27, M-36 e M-43

Curvas de perda de núcleo da Armco DI-MAX não aços elétricos orientados M-27, M-36 e M-43 testada em 60 Hz são dadas na tabela 3.2. Perdas do núcleo quando testada em 50 Hz seria aproximadamente 0,79 vezes a perda de núcleo em 60 Hz. Magneti monstruosa curvas dos aços elétricos mesmos são dadas na tabela 3.3. O específico Tabela 3.4. Perdas do núcleo específico e DC, curva de magnetização de nenhum aços elétricos finas orientadas fabricados Cogent Power Ltd., Newport, Reino Unido.

densidade de massa of DI-MAX M-27, 36-M e M-43 é 7650, 7700 e 7750 kg/m "respectivamente. O fator de empilhamento é k, = 0,95 a 0,96. O prefixo DI-MAX, por exemplo, DI-MAX M27, designa uma marca registrada com um processo especial tira recozido que maximiza o capacidade de perfuração. DI-MAX notas têm permeabilidade superior a alta densidade de fluxo magnético, perdas do núcleo baixo e uniformidade de bom calibre. Um nivelamento de superfície, excelente suave e alto fator de empilhamento é obtido como resultado de acabamento frio e recozimento da tira.

Para frequências superiores a freqüência de alimentação de 50 ou 60 Hz sem laminações orientadas mais finas do que 0,2 mm devem ser usadas. Tabela 3.4 mostra magnetização e perdas do núcleo específico de notas não orientadas 12, não] 8 e n º 20 ca Palhares de operar até 2,5 kHz (Cogent Power Ltd., Newport, Reino Unido). Composição química típica é de 3,0% Si, 0,4% AI, 96.6% Fe. A espessura padrão de um isolamento à base de fosfato inorgânico é 1 {lm (um lado). A temperatura máxima de funcionamento contínua no ar é de 230° C, máxima intermitente

Tabela 3.5. Propriedades físicas do ferro com base em fitas de ligas amorfas METGLAS (Honeywell, Morristown, NJ, Estados Unidos da América)

temperatura em um gás inerte de funcionamento é de 850° C, dureza 180 HV e densidade 7650 kg/rrr '.

3.1.2 amorfas ligas ferromagnéticas


Para minimizar as perdas do núcleo em altas freqüências, aços não Electrotécnica orientada devem ser substituídos com ligas magnéticas amorfas (tabelas 3.5 e 3.6). Ligas ferromagnéticas amorfas, em comparação com aços elétricos com estrutura de cristal, não ter organizado em ordem, cristal interna regular struc ture (retículo).Liga amorfa fitas com base em ligas de ferro, níquel e cobalto são pro duzidos por rápida solidificação dos metais fundidos no resfriamento taxas de cerca de 106 ° C/s. As ligas solidificam antes dos átomos têm uma chance de segregar ou cristal-lize.

Tabela 3.6. Perdas do núcleo específico de ferro com base em fitas de ligas amorfas METGLAS (Honeywell, Morristown, NJ, Estados Unidos da América)

O resultado é uma liga de metal com uma vidro-como a estrutura, ou seja, um não-cristalino congelados líquido.

Aplicação de fitas amorfas da liga para a produção em massa de electri cal máquinas é limitada pela dureza, até 1100 na escala do Vicker. Métodos de corte padrão como uma guilhotina ou morrer em branco não são adequados. A mechan mente estressada rachaduras materiais amorfas. Laser e electro-descarga ma chining (EDM) corte métodos derretem o material amorfo e causam cristalização desejável da ONU. Além disso, esses métodos fazem contatos elétricos entre laminações que contribuem para a aumentada helica e addi tionallosses. No início de 1980 métodos químicos foram usados no General Elec tric para cortar materiais amorfos, mas esses métodos eram muito lentos e despesas sive [176]. O problema de corte de fitas amorfas difícil pode ser superado usando um jato de líquido [220]. Este método torna possível cortar materiais amorfos em temperatura ambiente, sem rachaduras, derretimento, cristalização e os contatos elétricos entre fitas isoladas.

3.1.3 compósitos de pó magnético soft

Metalurgia do pó é usada na produção de núcleos ferromagnéticos de pequenas máquinas elétricas ou núcleos ferromagnéticos com formas complicadas. Os ponents dos compósitos de pó magnético suave são pó de ferro, dielétrico (resina epóxi) e enchimento (de vidro ou fibra de carbono) para reforço mecânico. Compostos de pó por núcleos ferromagnéticos de máquinas elétricas e aparelhos podem ser divididos em [236]:

• dielectromagnetics e magnetodielectrics,

• sinters magnético.

Tabela 3.7. Específicos e a magnetização do núcleo características de perda de Accucore não sinterizado (TSC Ferrite International, Wadsworth, IL, Estados Unidos da América)


Dielectromagnetics e dielétricos de Magneto são nomes referindo-se aos materiais que consiste dos mesmos componentes básicos: ferromagnéticos (principalmente der de prisioneiro de guerra de ferro) e o material dielétrico (principalmente resina de cola epoxy) [236]. As principais tarefas do material dielétrico é isolação e ligação de ferromagnéticos. Em prac tice, compostos que contém até 2% (da massa) de materiais dielétricos são considerados como dielectromagnetics. Aqueles com um maior teor de material dieléctrico são considerados como magnetodielectrics [236].

Internacional de TSC, Wadsworth, IL, Estados Unidos da América, desenvolveu um novo pow der material macio, Accucore, que é competitivo para laminações de aço tradicionais [4]. A curva de magnetização e curvas de perda de núcleo específico do Accucore não sintetizado são dadas na tabela 3.7. Quando os sinterizado, Accucore tem maior saturação densidade do fluxo magnético que o material não sintetizado. A densidade específica é 7550 para 7700 kg/rrr '. Salerno, Salerno, Suécia, fabrica macio magnéticos pós (SMC) compostos que são pós metálicos revestidos na superfície com excelente compressibilidade

Tabela 3.8. Perdas do núcleo específico de SomaloyTM500 + 0,5% Kenolube, 800 MPa, tratada no 5000e por 30 min no ar, Hogands, Salerno, Suécia

Tabela 3.9. Curvas de magnetização de Somalo/l Estou 500 + 0,5% Kcnolube, tratada no 5000e por 30 min no ar, Hogands, Salerno, Suécia

[216]. SomaloyTM500 (tabelas 3.8, 3.9) foi desenvolvido para 3D circuitos magnéticos de máquinas elétricas, transformadores, sistemas de ignição e sensores.

Figura 3.1. Segmento do núcleo do estator formado strip de laminação: 1 - tira de laminação, 2 - sulco, 3 - dobrar, 4 - segmento compactado, terminado segmento S.

3.1.4 fabricação do estator núcleos fabricação de núcleos do estator laminado

Normalmente, os núcleos do estator são enrolados de tiras de aço Electrotécnica e os slots são usinados por moldar ou aplainar. Um método alternativo é o primeiro a bater os slots com distâncias variáveis entre eles e, depois, para vento a tira de aço em forma do núcleo toroidal ranhurada (R & D Instituto de eléctricos máquinas VUES em Brno, República de Checa). Além disso, este processo de fabricação permite fazer ranhuras inclinadas para minimizar o torque cogging e o efeito de harmônicas de slot. Cada núcleo do estator tem distorcido vagas em direções opostas. É recomendável que um enrolamento do estator de onda deve ser feito para obter conexões mais curtas e mais espaço para o eixo. Um número ímpar de slots, por exemplo, 25 em vez de 24 pode ajudar a reduzir o torque cogging (Brno VUES).


Outra técnica é para formar o núcleo do estator usando segmentos trapezoidais [228]. Cada segmento corresponde ao passo de um entalhe (Fig. 3.1). a tira de ção de lâmina de largura constante é dobrada em distâncias proporcionais ao raio. Para tornar fácil de dobramento, o strip tem ranhuras transversais em lados opostos dos passos ternative al. O segmento de laminado em zigue-zague é finalmente compactado e fixo usando uma fita ou termorrígidos, como mostrado na Fig. 3.1 [228].

Fabricação de núcleos do estator de pó magnético macio

Os núcleos laminados de máquinas de fluxo axial são fabricate muito mais difícil do que os de máquinas de fluxo radial. Pós SMC simplificam o processo de turing manufac de núcleos do estator com formas complicadas, em geral, núcleos de 3D.

Figura 3.2. O efeito de compactação a pressão sobre a densidade de massa específica de Salerno pós compostos magnéticos macios.

Produção em massa de máquinas AFPM é muito mais rentável se compósitos de pó netic mag macios são utilizados como materiais para núcleos do estator.

O núcleo do estator de uma máquina de AFPM usando pós SMC pode ser feito como entalhado núcleo, núcleo cilíndrico slotless e núcleo de pólo saliente com uma bobina por pólo.

Os núcleos cilíndricos com fenda e slotless para máquinas AFPM podem ser feitos em um processo de metalurgia do pó usando um pó ferromagnético com uma pequena quantidade de lubrificantes ou ligantes. O processo de metalurgia do pó geralmente consiste em quatro etapas básicas, ou seja: fabrico de pó (1), (2) mistura ou mistura, (3) compactação e (4) sinterização. Mais compactação é feita com prensas mecânicas, hidráulicas ou pneumáticas e ferramentas rígidas. Compactação pres sures geralmente variam entre 70 a 800 MPa, com 150 a 500 MPa, sendo os mais comuns. O diâmetro exterior do núcleo é limitado pela imprensa capabil ity. Freqüentemente, o núcleo do estator deve ser dividido em segmentos menores. A maioria dos produtos da metalurgia do pó deve ter seções transversais de menos de 2000 mrrr'. Se a capacidade da imprensa é suficiente, seções até 6500 mm2 podem ser pressionadas. Figura 3.2 mostra o efeito de compactação a pressão sobre a densidade dos pós Hogands SMC.

Para SomaloyT M500 a temperatura de tratamento térmico (sinterização) é tipicamente 500° C por 30 min. Após o tratamento térmico o pó compactado tem força muito menos mecânica do que o aço sólido.

A expansão térmica dos condutores dentro das ranhuras do estator cria tensões de expansão térmica nos dentes do estator. A magnitude dessas tensões depende da diferença da temperatura do enrolamento e núcleo, diferençain


Figura 3.3. Ranhurada estatores de motores pequenos simplex-tipo disco [236].

Figura 3.4. Estatores de pólo saliente de pó para pequenos motores AFPM simplex. Cortesia de tecnologias Mii. LLC, Líbano ocidental, NH, Estados Unidos da América

coeficientes da expansão térmica de materiais e de fator de preenchimento de slot. Este problema é mais importante em núcleos de pó do que em núcleos laminados desde o stress elástico de núcleos de pó é pelo menos 25 vezes menor e seu módulo de elasticidade é inferior a 100 GPa (contra 200 GPa para laminações de aço).

Estatores entalhadas para disco-tipo pequeno motores fabricados a partir de pós SMC são mostrados na Fig. 3.3 [148, 236]. Estatores de pólos salientes de pó SMC para simplex AFPM motores pequenos fabricados Mii Technologies, LLC, Lebanon, NH, U.S.A. são mostrados na Fig. 3.4. O estator trifásico tem 9 polos. Um único SMC pó salient pole fabricado pela Hogands é mostrado na Fig. 3.5.

Figura 3.5. SMC pó salientes para pequena AFPM simplex pólos: (um) único pólo SMC; (b) dupla face motor AFPM. Cortesia de Hogands, Salerno, Suécia.

3.2 circuitos magnéticos do rotor

Circuitos magnéticos de rotores consistem de PMs e apoio de aço suave anéis ou discos. Desde a abertura de ar é um pouco maior que isso em semelhante contador RFPM partes, densidade de alta energia PMs deve ele usado.

Normalmente, ímãs superficiais são colados para alisar, anéis de apoio ou anéis com cavidades da mesma forma como ímãs, sem qualquer adicional tection pro mecânico contra forças atrativas normais. Epóxi, acrílico ou silicone com base ad hesives são utilizados para colagem entre ímãs e anéis de apoio ou entre ímãs. O mínimo exigido força de adesivos de corte é de 20 x 106 PA. Houve tentativas de desenvolver o interior do rotor do PM para máquinas AFPM. De acordo com [201], pólos do rotor só podem ser fabricados usando pós magnéticos moles [201]. A principal vantagem desta configuração é o fluxo melhorado desempenho de enfraquecimento. No entanto, a complexidade e o custo elevado da estrutura do rotor desencorajam ainda mais comercialização desenvolvimento.

3.2.1 PM materiais

Um PM pode produzir o fluxo magnético em um espaço de ar com nenhum enrolamento excitante e sem dissipação de energia elétrica. Como qualquer outro material ferromagnético, um PM pode ser descrito por seu laço de


histerese de B-H. PMs são também chamados de materiais magnéticos difícil, o que significa materiais ferromagnéticos com um laço de histerese ampla.

A base para a avaliação de um PM é a porção do seu loop de histerese, localizado no canto superior esquerdo ' quadrante, chamado a curva de desmagnetização (Fig. 3.6). Se a intensidade do campo magnético reverso é aplicada para um previamente magnetizado, digamos, amostra toroidal, a densidade do fluxo magnético desce à magnitude determinada pelo ponto K. Quando a densidade do fluxo magnético reversão é re movida, a densidade de fluxo retorna para o ponto L de acordo com um laço de histerese menor. Assim, a aplicação de um campo reversa reduziu a remanência, ou

Figura 3.6. Curva de desmagnetização, recoilloop, energia da PM e permeabilidade de recolhimento magnética.

magnetismo remanente. Reaplicando a intensidade do campo magnético novamente irá reduzir a densidade de fluxo, completando o laço de histerese menor, retornando o núcleo para aproximadamente o mesmo valor da densidade do fluxo no ponto K como antes. O laço de histerese menor geralmente pode ser substituído com pouco erro por uma linha reta, liguei para o recolhimento. Esta linha tem uma inclinação batiam a permeabilidade de recolhimento! Jree·

Enquanto o valor negativo de intensidade de campo magnético aplicado não exceda o valor máximo correspondente ao ponto K, o PM pode ser considerada como sendo razoavelmente permanente. Se, no entanto, a maior intensidade de campo negativo H é aplicada, a vitória de densidade de fluxo magnético ser reduzido a um valor menor do que no ponto K. A eliminação de H, será estabelecida uma linha nova e menor recolhimento.

Densidade remanent magneticfiux B., ou remanência, é o fluxo magnético den sity correspondente ao zero intensidade de campo magnético.

Coercivefield força ele ou coercividade, é o valor da intensidade de campo necessária para trazer a densidade de fluxo magnético para zero em um material magnetizado anteriormente de desmagnetização. Os dois B; e diminuição de como a temperatura do imã aumenta, i.c.

Figura 3.7. Comparação de curvas de B-H e Bi-H desmagnetização e suas variações com a temperatura para sinterizado N48M NdFeB PMs. cortesia dos ShinEtsu, Takefu-shi, província de Fukui, Japão.

onde 1JPM é a temperatura do PM, Br20 e Hc20 são a densidade de fluxo remanente mag netic e força coercitiva a 20° C e O < B < 0 e O < H < 0 são coeficientes de temperatura para B; e ele em %/oC respectivamente. Assim, demagne tization curvas são sensíveis à temperatura (Fig. 3.7).


Curva de desmagnetização intrínseca (figo. 3.7) é a porção do B, = f(H) laço de histerese localizado no quadrante superior esquerdo, onde B = B - /l, Ah. Para H = 0 a intrínseca densidade de fluxo magnético B, = br. Intrinsic coercividade ides é a força do campo magnético necessária para trazer a zero a densidade do fluxo magnético intrínseca Hi de um material magnético descrito pelo B, = curva de f(H). Para materiais de PM. H; > Ele.

Densidade de magneticflux de saturação que BSAT corresponde a valores elevados de intensidade de campo netic do mag, quando um aumento do campo magnético aplicado não produz nenhum efeito adicional sobre a densidade de fluxo magnético. Na região de saturação o alinhar mento de todos os momentos magnéticos de domínios é na direção do campo magnético externo aplicado. Permeabilidade magnética de recolhimento/LTee é a relação entre a intensidade do campo magnético de densidade de fluxo magnético em qualquer ponto na curva de desmagnetização, ou seja

onde o relativo recuo permeabilidade /-lrrec = 1... 4.5. máxima energia magnética por unidade produzida por um PM no espaço externo é igual à densidade de energia magnética máxima por volume, ou seja

onde o produto (BH) máximo corresponde ao ponto de máxima densidade de energia na curva de desmagnetização com coordenadas Bmax e Hrnax (Fig. 3.6). Fator de forma da curva de desmagnetização caracteriza a forma côncava da curva de desmagnetização, ou seja

para um quadrado de desmagnetização curva r = 1 e para uma linha reta (PMs-raras) r = 0,25.

O fluxo de escapamento faz com que o fluxo magnético a ser distribuídas com a 2hIVI de altura de um PM, onde hM é a altura por pólo. Como resultado, o MMF produzido pela PM não é constante. O fluxo magnético é maior em seção transversal neutra e menor nas extremidades, mas o comportamento da distribuição do MMF é o oposto [96]. A superfície da PM não é equipotencial. O potencial magnético em cada ponto na superfície é uma função da distância para a zona neutra. Para simplificar o cálculo, o fluxo magnético, que é uma função da distribuição ao longo da hIVJ de altura por pólo MMF é substituído por um fluxo equivalente. Este fluxo equivalente atravessa hM a toda a altura e sai da superfície dos pólos. Para encontrar o fluxo de escapamento equivalente e o fluxo inteiro de um PM, a intensidade do campo magnético equivalente precisa ser encontrado, ou seja

Onde h é a intensidade do campo magnético a uma distância x do neutro de seção transversal e FM é o MMF da PM por pólo (MMF = 2FM por par de Pólo).

A intensidade de campo magnético equivalente (3.7), permite que o fluxo de escapamento equivalente da PM para ser encontrado, ou seja


onde < PM é o fluxo total equivalente da PM e < P9 é o fluxo magnético lacuna de ar. O coeficiente de fluxo de escapamento da PM,

simplesmente permite que o fluxo magnético de lacuna ar a ser expressa como <I9>= <IM>/ aiu a seguir permeância escapamento expressa no fluxo - MMFcoordinate sistema corresponde o fluxo de escapamento equivalente da PM: </IM> </I9>

Uma estimativa exacta de permeância o escapamento CUv! é a tarefa mais difícil em cálculo analítico de circuitos magnéticos com PMs. Usando a abordagem de campo, por exemplo, a FEM, a permeância escapamento pode ser encontrada com bastante precisão.O fluxo médio de magnético equivalente e MMF equivalente quer dizer que a densidade do fluxo magnético e a intensidade do campo magnético são assumidos como para ser a mesma em todo o volume de um PM. É a energia total produzida pelo ímã no espaço sideral

onde ~\1 é o volume da PM ou um sistema de PMs.

Para um circuito de PM com uma seção transversal retangular, único PM e dois sapatos de pólo de aço suave, a densidade do fluxo magnético por exemplo em um determinado ar gap volume V:q = gw M l que m é diretamente proporcional à raiz quadrada da energia magnética prod uct (EMHM) [96], ou seja

onde Hpc é a intensidade de campo magnético em aço suave jugo, Hg é a intensidade do campo magnético na abertura de ar, \il'V1 = 2hMWMlM é o ímã vol ume, WAf é a largura de PM, lM é o comprimento de PM e 2lpe é o comprimento do caminho de fluxo magnético no dois sapatos de pólo de aço suave. Seguindo a tendência de embalagens menores, menor massa e uma eficiência mais elevada, a pesquisa de material em ofPMs o campo centrou-se na busca de materiais com altos valores do produto máximo en ergy (EH) máx.

A densidade magnética do fluxo ar lacuna por exemplo, pode ser calculada analiticamente com base na curva de desmagnetização, linhas de permeância gap e escapamento de ar e

linhas de recolhimento [96]. Aproximadamente, ele pode ser encontrado na base o equilíbrio entre as quedas de tensão magnética, ou seja

onde {L"..."... ECIS a permeabilidade relativa da PM (permeabilidade relativa de recolhimento). Por isso,

A lacuna ar densidade do fluxo magnético é proporcional a densidade do fluxo magnético remanente B"... e diminui como o ar vazio 9 aumentos. Eqn (3.13) só pode ser usado para cálculos preliminares. Para PMs-raras a aproximação da


curva de desmagnetização é sim ple devido a curva de desmagnetização praticamente linear, ou seja

A aproximação das curvas de demagnetizations mais complicadas (Alnico ou ferrites) consta, por exemplo, [96].

O ponto de interseção da curva de desmagnetização acima (3.14) e a linha a seguir que representa a permeância do diferencial do ar

Dá um ponto chamado ponto de funcionamento. Este ponto corresponde a densidade de fluxo magnético de lacuna ar Bg multiplicado pelo coeficiente de escapamento (JIM segundo eqn (3.9).

3.2.2 características dos materiais de PM

Existem três classes de PMs atualmente utilizados para motores elétricos:

• Alnicos (AI, Ni, Co, Fe);

• Cerâmica (ferrites), por exemplo, ferrite de bário BaOx6Fe20:3 e ferrita de estrôncio SrOx6Fe203;

• Os materiais Rare-earth, 1. e. SmCo de samário-cobalto e neodímio-ferro-boro NdFeB.

As curvas de desmagnetização dos três tipos de materiais do ímã permanente acima são dadas na Fig. 3.8.

Figura 3.8. Curvas de desmagnetização para diferentes materiais de PM.

Alnico

Imãs Alnico dominaram o mercado de motor PM no intervalo de alguns watts a 150 kW entre meados da década de 1940 e a década de 1960. As tages advan principal de Alnico são a sua alta densidade magnética de fluxo remanente e coeficientes de ture têmpera baixa (tabela 3.10). O coeficiente de temperatura de B; é-0.02%;oC e temperatura máxima de serviço é de 520° C. Infelizmente, a força coercitiva é muito baixa e a curva de desmagnetização é extremamente não-linear. Portanto, é muito fácil não apenas para magnetizar, mas também para desmagnetizar o Alnico. Alnico tem sido utilizado em motores de comutador PM DC do tipo disco com aberturas de ar relativamente grande. Isso resulta em um fluxo de magnético armadura insignificante reação atuando sobre os PMs. Às vezes, Alnico PMs estão protegidos contra o fluxo da armadura e consequentemente de desmagnetização, usando sapatos de pólo de aço suave adicional.

Ferrites


Ferritas de bário e estrôncio produzidas por metalurgia do pó foram no superava na década de 1950. Sua formulação química pode ser expressa como MO x 6(Fe203), onde M é Ba, Sr, ou ímãs de Ferrite Pb. estão disponíveis em notas isotrópicas e anisotrópicos.

A ferrita tem uma força coercitiva maior do que o Alnico, mas ao mesmo tempo tem uma baixa remanente densidade do fluxo magnético (tabela 3.10). Coeficientes de temperatura são relativamente elevados, ou seja, o coeficiente de B; é-O.20%;oC e o coeficiente de ele é-0.27 para - 0.4%/oC. A temperatura máxima de serviço é de 450° C. As principais vantagens de ferritas são seu baixo custo e muito alto elétrica re-

Tabela 3.10. Propriedades físicas de uma seleção representativa de PM materiais para motores pequenos oferecidos pela Magnaquench GmBH, Essen, Alemanhasistance, que significa praticamente sem perdas de correntes induzidas no volume PM. Ímãs de ferrite são mais econômicos em motores de potência fracionária. Ferrite de bário PMs são comumente usados em motores pequenos do comutador d.c. para automo biles (ventiladores, ventiladores, limpadores de pára-brisas, bombas, etc.) e os brinquedos eléctricos.

Ímãs permanentes de terras-raras

A primeira geração de ímãs permanentes de terras raras, ou seja, ligas com base na composição do SmC05 foi produzido comercialmente desde a década de 1970 (inventado na década de 1960). SmCo.5 tem a vantagem de uma alta densidade de fluxo remanente, força coercitiva elevada, produto de alta energia, uma curva de ção de demagnetiza linear e um coeficiente de baixa temperatura (tabela 3.11). O coeficiente de temperatura de B; é-0.02 a-0.045%;oC e o coeficiente de temperatura de ele é-0.14 para - 0.40%;oC. Temperatura máxima de serviço é de 300 a 350° C. É apropriado para os motores com volumes baixos e motores operando em temperaturas aumentada, por exemplo, sem escova geradores para microturbinas. Os dois Sm e Co são relativamente caros, devido a suas restrições de fornecimento.

Tabela 3.11. Propriedades físicas de Vacoma x Sm2Co17 PM materiais sinterizados duradouro de temperamento do quarto 20° C, fabricado pela VacuumschmelzeGmbll. Hanau, Alemanha

Com a descoberta nos anos recentes de uma segunda geração de ímãs de terras raras, com base no baixo custo neodímio (Nd), foram realizados progressos notáveis no que respeita à redução dos custos de matéria-prima. O ation Maah novo de PMs-raras baseado no barato neodímio (Nd) foi anunciado pela Sumitomo Metals especial, Japão, em 1983 para a conferência anual 29 de magnetismo e materiais magnéticos realizada em Pittsburgh, PA, Estados Unidos da América O Nd é um elemento de terra de – raras muito mais abundante do que os ímãs de NdFeB SM, que agora são produzidos no


aumento quantidades têm melhor propriedades magnéticas (tabela 3.12) do que aqueles de SmCo, mas infelizmente só à temperatura ambiente. As curvas de magnetização de, especialmente o coercitiva força, são fortemente dependentes de temperatura. O coeficiente de temperatura de B; é-0.09 a-0.15%;oC e o coeficiente de temperatura de ele é-0.40 para - O.80%;oC. A temperatura máxima de serviço é de 250° C e temperatura de Curie é de 350° C. O NdFeB é também mercio_murilo de sus...

Reatividade química dos ímãs rare-earth é semelhante de metais da terra alcalina, por exemplo magnésio. A reação é acelerada a têmpera aumento ture e umidade. A liga de NdFeB se expostos ao gás de hidrogênio, geralmente em uma temperatura ligeiramente elevada e/ou a pressão elevada, torna-se frágil e com muito pouco esforço, pode ser esmagado. Difusão do hidrogênio na liga faz com que ele literalmente se despedaçar.

Revestimentos protetores de corrosão podem ser divididos em orgânicos e metálicos. Para revestimentos metálicos, por exemplo, níquel e estanho, processos galvânicos são usados como uma regra. Revestimentos orgânicos incluem resinas, vernizes e tintas em pó aplicadas eletrostaticamente.

Hoje em dia, para a produção industrial de terras raras PMs a rota de allurgical de pó que conhecemos é principalmente usado [194]. Além de alguns rameters de material específico pa, esta tecnologia de processamento é, em geral, o mesmo para todos os materiais de imã de terras raras. As ligas são produzidas pelo derretimento da indução do vácuo ou de uma calciothermic de redução dos óxidos. O material é então reduzido tamanho de britagem e moagem de um único pó cristalino com tamanhos de partícula menor que 10 p, m. A fim de obter anisotrópicas PMs com o mais alto valor máximo possível (BH), os pós são então alinhados em um campo magnético externo, pressionados e densificados a densidade teórica quase por sinterização. O maioria dos eco nomical método para produção em massa de partes simplesmente moldados como blocos, anéis ou segmentos de arco é morrer urgente dos pós em aproximadamente a forma final.

Pesquisadores da General Motors, EUA, desenvolveram um método de fabricação baseado no sistema de fundição de derretimento da fiação inventado originalmente para o produc ção de ligas metálicas amorfas. Nesta tecnologia que um material fundido fluxo de NdFe CoB primeiro é formado a partir de fitas de 30 a 50 - pm grossa ing têmpera rápida e, em seguida, frio pressionado, extrudados e quente prensado em massa. Prensagem a quente e gostosa trabalhando são realizados, mantendo o grão fino para fornecer uma alta densidade perto de 100%, que elimina a possibilidade de corrosão interna. A revestimento da resina epóxi padrão electro-depositado fornece corro excelente resistência de sion.

Os preços dos ímãs de NdFeB ordenados em grandes quantidades são agora abaixo de US$ 20 por kg. Devido a uma grande oferta de ímãs de NdFeB da China espera-se que os preços vão cair ainda mais.


3.2.3 diagrama de funcionamento

A energia de um PM no espaço externo só existe se a relutância do circuito magnético externo for maior que zero. Se um PM previamente magnetizado

Tabela 3.12. Propriedades físicas de Hicorex-Super aglomerado de NdFeB PM materiais na posição de temperatura do quarto 20° C fabricados pela Hitachi Metals, Ltd., Tóquio, Japão

é colocado dentro de circuito fechado de ideal ferromagnético, ou seja, toróide, este PM não mostra qualquer propriedades magnéticas no espaço externo, apesar do fato de que existe o fluxo magnético

correspondente à densidade de fluxo remanente B; dentro da PM.

Um PM previamente magnetizado e colocado sozinho em um espaço aberto, como na Fig. 3.9a, gera um campo magnético. Para sustentar um fluxo magnético no espaço aberto externo, um MMF desenvolvido pelo ímã é necessário. O estado da PM é caracterizado pela K ponto na curva de desmagnetização (Fig. 3.10). A localização do ponto K está na intersecção da curva de desmagnetização com uma linha reta que representa a permeância do circuito magnético externo (espaço aberto):

Figura 3.9. Estabilização de um PM: (a) PM sozinho, (b) PM com sapatos de pólo, (c) PM dentro de um circuito magnético externo, (d) a PM com um sistema completo de armadura externa.

O ext permeância G corresponde o fluxo < sistema de coordenadas de p-MMF e é referido como MMF nas extremidades da PM. No < sistema de coordenadas de p-MMF o fluxo remanente < PT' está de acordo com eqn (3.l6) e o MMF corre correspondente para a coercividade é

A energia magnética por unidade produzida pela PM no espaço externo é WK = BKHK/2. Esta energia é proporcional ao retângulo limitado pelo sistema de coordenadas e linhas perpendiculares para o < P e: F coordena pro reprovados partir do ponto K. É óbvio que a máxima energia magnética é para BK = Bmax e para HK = Hmáx. Se os pólos estão mobilados com sapatos de pólo (Fig. 3.9b) a permeância dos aumentos de espaço externo. O ponto que caracteriza um novo estado da PM na Fig. 3.10 move ao longo da linha de recuo do K ponto para o ponto A. O recuo linha KG 1\1 é igual a permeância interna da PM, ou seja

O ponto A é a interseção da linha de recuo KG M e a linha reta que representa a permeância escapamento da PM com sapatos de pólo, ou seja, de OGA (3.20)


A energia produzida pela PM no espaço externo diminui em comparação com o caso anterior, ou seja, ' WA = BAHA/2.

A próxima etapa é colocar o PM em um circuito externo ferromagnético, como mostrado na Fig. 3.9 c. A permeância resultante deste sistema é

que atenda à condição de Gp > GA > Gext. Para um circuito magnético externo sem qualquer circuito elétrico carregando a armadura atual, o estado magnético da PM é caracterizado pelo ponto P (Fig. 3.10), ou seja a interseção da linha de recuo KGM e a linha de permeância OGp.

Quando o circuito magnético externo está decorado com um enrolamento de armadura e quando este enrolamento é alimentado com uma corrente que produz uma tizing de magne MMF a PM (figo. 3.9 d), o fluxo magnético na PM aumenta para o valor N. O d-eixo MMF F ~-d do campo externo (armadura), atuando diretamente sobre o PM corresponde a N. O estado magnético da PM é descrito pelo ponto N localizado na linha do recuo do lado direito da origem do sistema de coordenadas. Para obter este ponto é necessário dispensa a distância de ~ d e desenhar uma linha G p do ponto F ~ d inclinado pelo ângulo ap para o F-eixo, a interseção entre o recolhimento e a linha de permeância G p dá o ponto N. Se a corrente no enrolamento da armadura externa emocionante é aumentado ainda mais, a ponto de N moverá mais adiante a linha de recuo à direita, até a saturação da PM. 

Figura 3.10. Diagrama de um PM para encontrar a origem da linha de recuo e ponto de funcionamento.

Quando a corrente da excitação é invertido, o campo magnético externo da armadura vai desmagnetizar o PM. Neste caso é necessário dispensa a distância de ~ d desde a origem do sistema de coordenadas para a esquerda (Fig. 3.10). A linha Gp desenhada a partir do ponto com o inclinação o; p intercepta a curva de desmagnetização no](1. ponto Este ponto pode ser acima ou abaixo do ponto K (para a PM sozinha no espaço aberto). O ponto] (1 é a origem de uma nova linha de recuo] (1G ~ eu ' agora se diminui a corrente excitante da armadura, o ponto de funcionamento se moverá ao longo da nova linha de recuo] (1G ~, f para a direita. Se as gotas de corrente de armadura até zero, o ponto de funcionamento leva o pi de posição (interseção da linha de recuo novo] (1G ~ 1Com a permeância linha Gp desenhado desde a origem do sistema de coordenadas).

Com base nas Fig. 3.10 a energias uu» = Bp, Hp, / 2, 11Jp = BpHp/2 e Wp' < Wp. O local de origem da linha de recolhimento, bem como a localização do ponto de funcionamento, determina o nível de utilização da energia produzida pela PM. Um PM se comporta de forma diferente de um eletroímã d.c.: a energia de um PM não é constante, se a permeância e emocionante corrente da armadura externa muda.


O local de origem da linha de recuo é determinado pelo valor mínimo da permeância do circuito magnético externo ou a ação de desmagnetização do campo externo.

Para obter as propriedades de PMs mais independente dos campos magnéticos externos, PMs precisam ser estabilizado. Estabilização significa que o PM é desmagnetizado até um valor que é ligeiramente maior que o campo de desmagnetização mais perigoso durante a operação de um sistema onde o PM está instalado. Em circuitos magnéticos com PMs estabilizados o ponto operacional, descrevendo o estado da PM está localizado na linha de recolhimento.

Mais detalhes sobre como localizar o ponto de funcionamento de um PM graficamente e analiticamente podem ser encontrados em [96].

3.2.4 permeances para fluxos principal e escapamento

Permeances de aberturas de ar e permeances para fluxos de escapamento podem ser encontrados analiticamente, dividindo o campo magnético em sólidos simples. Permeances de sólidos simples mostrados na Fig. 3.11 podem ser encontrados utilizando as seguintes fórmulas:

(a) Prism retangular (Fig. 3.lla)

Figura 3.11. Sólidos simples: (a) Retangular Prisma, cilindro (b), (c) meio-cilindro, (d) um quarto de um metade-anel (e), (f) um quarto de um anel, cilindro, (g) um quarto de uma esfera, (h) um oitavo de uma esfera, (i) um quarto de uma concha, (j) um oitavo de uma concha.

(b) Cilindro (Fig. 3.11b)

(c) Meia-cilindro (Fig. 3.11 c)

onde a média do ar lacuna gav = 1,22 g e a superfície Wl'vlllvi deve ser substituído por 0.322glM [13]

(d) Um quarto de um cilindro (Fig. 3.11d)

(e) Meia-anel (Fig. 3.1Ie)

(f) Um quarto of a anel (Fig. 3.11f)

(g) Um quarto de uma esfera (Fig. 3.1Ig)

(h) Um oitavo de uma esfera (Fig. 3.llh)

(i) Um quarto de uma concha (Fig. 3.11i)


(j) Um oitavo de uma concha (Fig. 3.11j

Fig. 3.12 mostra uma máquina elétrica modelo ofa fiat com núcleo da armadura Lisa (sem ranhuras) e sistema de excitação PM de superfície. A armadura é de laminações de aço. Os PMs são fixos para o suave jugo de aço. O campo de pólo é T, a largura de cada PM é ' WM e seu comprimento é Li «. Em uma máquina AFPM

O espaço entre a face do pólo e do núcleo da armadura é dividido em um prisma (1), quatro trimestres de cilindros (2 e 4), quatro trimestres de anéis (3 e 5), quatro pedaços de 1/8 de uma esfera (6) e quatro pedaços de 1/8 de uma concha (7). Fórmulas para os cálculos de permeância foram encontradas no pressuposto de que a permeabilidade de um sólido é igual à sua área de secção média para o comprimento médio da linha fiux. Se ignorarmos o fluxo de franja, a permeabilidade de uma abertura de ar retangular por pólo (prisma 1 na Fig. 3.12) é

O g de lacuna de ar equivalente ' só é igual à gap nonmagnetic (peças cal apuramento) 9 para uma armadura slotless e insaturada. Para tomar em slots de contagem de ac (se existirem) e saturação magnética, a abertura de ar 9 é aumentada para g' = gkCksat, onde kc > coeficiente 1is Carter está levando em conta slots (1.2) e ksat > 1 é o fator de saturação do circuito magnético, definido como

Figura 3.12. Máquina elétrica com armadura slotless plana e sistema de excitação PM plano - divisão do espaço ocupado pelo campo magnético em sólidos simples: seção (a) longitudinal, campo de lacuna de ar (b), (c) escapamento campo (entre a PM e jugo de aço).

a relação entre o MMF por par de pólo para a queda de tensão magnética de lacuna de ar (MVD) tomada duas vezes [96].

Para ter em conta o fluxo de franja é necessário incluir todos os caminhos para o fluxo magnético vindo do sistema de excitação através da abertura de ar para o sistema de armadura (Fig. 3.12), ou seja

onde Gg1 é a permeância lacuna de ar de acordo com eqn (3,35) e Gg2 para Gg7 são os permeances de lacuna de ar para fluxos de franja. Os permeances Gg2 para Gg5 podem ser encontrados usando eqns (3,25), (3,28), (3,31) e (3.32). De forma semelhante a permeância resultante para o fluxo de vazamento da PM pode ser encontrada, ou seja

onde Gz8, Gzg (um quarto de um cilindro) e Gl10 (1-8 de uma esfera) são os permeances para fluxos de escapamento entre a PM e jugo de rotor de acordo com a Fig 3,12 c ~ eqns (3,25) e (3.31).

3.2.5 cálculo de circuitos magnéticos com PMs

O circuito magnético equivalente de um sistema de PM com armadura é mostrado na Fig. 3.13. Os reluctances de sapatos de pólo (aço macio) e armadura de pilha (elec trotechnical laminado de aço) são muito menores do que aqueles do diferencial do ar e

Figura 3.J 3. Circuito equivalente (no d-eixo) de um sistema de PM com armadura.

PM e foram negligenciados. A atuação do MMF "circuito aberto" ao longo da permeância de ímã inter nal M G = l/~f.LM é FMO = HJVIOhM, a reação da armadura d-eixo MMF é modismo, o fluxo magnético total da PM é de M, o fluxo de vazamento da PM é ZMt, ele ar útil lacuna fluxo magnético é gt, fluxo de escapamento do sistema de armadura externa é zat , fluxo de eixo-d produzido pela arma ture é ad (desmagnetização ou magnetização), é a relutância para o fluxo de escapamento PM ~ l-ilM = 1 / GlIvI, a relutância de lacuna de ar é ~/-l9 = 1 / Gg e a relutância de

escapamento exter nal da armadura é ~ Za = l/GgZa. As seguintes equações de Kirchhoff podem ser escritas com base em circuito equivalente mostrado na Fig. 3.13

A solução para o sistema da equação acima produz o fluxo magnético lacuna de ar:

Figura 3.14. Formas de PM de rotores de máquinas de disco tipo: (a) trapezoidal, (b) circular, (c) semicircular.

Cadê a total resultante permeância Gt para o fluxo da PM

e a armadura direta-eixo MMF diretamente sobre o PM é a

O sinal superior na eqn (3.38) é para o fluxo de armadura a desmagnetização e o menor sinal é para o fluxo de magnetização da armadura. O coeficiente de fluxo de escapamento do PM (3.9) também pode ser expressa em termos ofpermeances, ou seja

3.2.6 fabricação de circuitos magnéticos do rotor

Circuitos magnéticos de rotores de máquinas sem escova AFPM fornecem o fluxo de tação empolga e são concebidos como:

• PMs, colados a um anel ferromagnético ou disco que serve como um apoio mag netic-circuito (jugo);

• PMs, organizadas em efeito Halbach array sem qualquer núcleo ferromagnético.

Formas de PMs são, geralmente, trapezoidal, circular ou semicircular (figo. 3.14). a forma da TPM afeta a distribuição do campo magnético lacuna de ar e conteúdo de harmônicos superiores do espaço. A qualidade da tensão de saída (harmônicas de

Tabela 3. J 3. Curvas de magnetização de materiais ferromagnéticos contínuos: 1 - aço carbono (0.27%C), 2 - ferro fundido

a EMF) da AFPM geradores depende da geometria do PM (circular, semi-circular, trapezoidal) e distância entre ímãs adjacentes [75].

Desde que o fluxo magnético no circuito magnético do rotor estiver parado, pode ser usado aço-carbono (aço carbono) anéis de apoio. Anéis podem ser cortadas de 4 chapas de aço suave de 6 mm. Tabela 3.13 mostra características de magnetização B - H de um aço de carbono suave e ferro fundido. Condutividade elétrica de aços de carbono é de 4,5 x 106 para 7.0 X 106 Sim no 20 ° e.

Efeito Halbach arrayRotores de gêmeo de dupla face coreless máquinas AFPM (Fig. Rapaz) pode usar PMs dispostos em efeito Halbach array [104-106]. O conceito chave de efeito Halbach array é que o vetor de magnetização da TPM deve girar em função da distância

Figura 3.15. Cartesiano efeito Halbach array.

ao longo da matriz (Fig. 3.15) [104-106]. Halbach array tem o tages advan seguintes:

• o campo fundamental é mais forte por um fator de 1.4 do que em uma matriz de PM convencional, e, assim, a eficiência de energia da máquina é duplicada;

• a matriz de PMs não exige qualquer circuito magnético do revestimento protetor de aço e PMs podem ser ligadas diretamente a uma estrutura de apoio não-ferromagnetic (alumínio, plástico);

• o campo magnético é sinusoidal mais do que o de uma matriz de PM convencional;

• Efeito Halbach array tem muito baixos parte traseira campos.

O valor de pico da densidade do fluxo magnético na superfície ativa de efeito Halbach array é onde B; é a densidade do fluxo magnético remanente do íman, p = 2n / la - Veja também eqn (1.6), la é o período espacial (comprimento de onda) da matriz e nAf é o número de peças de PM por comprimento de onda. Para a matriz mostrada na Fig. 3.15 n1\! Eu = 4. Por exemplo, supondo que B, = 1.25 T, Oi ' v1 = 6 mm, 1a = 24 mm, TLm = 4 (PMs retangulares), a densidade do fluxo magnético pico na superfície do efeito Halbach array BMO = 0,891 T. Ser o tangencial e normal Bz componentes de Halbach array na dis tância z da superfície dos PMs são

Para uma configuração de dupla-face de Halbach matrizes, ou seja, duplo disco rotores externo, o componente tangencial e normal de distribuição de dis a densidade do fluxo magnético no espaço entre os discos sãowhere Emo is according to eqn (3.42) and t is magnet-to-magnet distance between two halves ofthe disc. The origin of the O:x;yz coordinate system is as in Fig. 1.8.

3.3 enrolamentos3.3.1 condutores

Enrolamentos do estator (armadura) de motores elétricos são feitos de fios de duto con cobre sólido com seções transversais de redondos ou retangulares.

A condutividade elétrica no 200e de fios de cobre é 57 x 106::: 0 "20:56 x 106 S/m. Para fios de alumínio 0" 20 ~ 33 X 106 S/m. A condutividade elétrica é temperatura dependente e para e - 20° ~ 1500e pode ser expressa como

onde Q é o coeficiente de temperatura da resistência elétrica. Para fios de cobre Q = 1I0e 0.00393 e para o alumínio, os fios Q = 1I0e 0.00403. Para 19 - 20° > 1500e eqn (3,47) contém dois coeficientes de temperatura Q e (3 da resistência elétrica, ou seja, o aumento da temperatura máxima para os enrolamentos de máquinas elétricas é de termined nos limites de temperatura de materiais isolantes. A ascensão de posição de temperatura máxima na tabela 3.14 pressupõe que a temperatura do meio de resfriamento ' Uc:::; 40° C. A temperatura máxima dos enrolamentos é na verdade

onde b... 1J é o aumento de temperatura máxima admissível, de acordo com a tabela 3.14. Um casaco de poliéster-imida e poliamida-imida pode fornecer uma posição de temperatura operacional de 2000e. As temperaturas de funcionamento mais elevadas (acima de 600° C) podem ser conseguidas usando fios de condutor de cobre ou paládio-prata níquel folheado e isolamento protagonista de ce.

3.3.2 fabricação dos enrolamentos entalhados

Enrolamentos do estator são feitos geralmente de condutores de cobre isolados. A seção transversal dos condutores pode ser circular ou retangular. Para grande AFPM máquinas uma sistema refrigerando e consequentemente ocos condutores a água direta pode ser considered.

É difícil e formar as bobinas do estator, se o condutor redondo é mais espesso do que 1,5 mm. Se a densidade de corrente é muito alta, o condutor paralelo fios de

Tabela 3.14. Temperatura máxima ascensão 6. fJ para enrolamentos de armadura de máquinas elétricas ac-cording para IEC e NEMA (com base na temperatura ambiente de 40° C)

menor diâmetro são recomendados em vez de um fio mais grosso. Estator vento ings também pode ter caminhos paralelos atuais.

Os enrolamentos de armadura podem ser de camada única ou dupla camada (seção 2.2). Depois que as bobinas são enroladas, eles devem ser fixados no lugar, de alguma forma, a fim de evitar o movimento do condutor. Dois métodos padrão utilizados para fixar os condutores de máquinas elétricas no lugar:

• mergulhando toda a componente de um material verniz e depois de cozimento fora seu solvente,

• método de impregnação Trickle, que usa o calor para curar uma resina catalisada que é gotejada no componente.

Poliéster, resinas epóxi ou silicone são usadas mais frequentemente como impregnar materiais para tratamento dos enrolamentos do estator. Resinas de silicone de alta resistência térmica são capazes de suportar eu) máx > 225 ° C. Recentemente, um novo método de condutor de proteção que não requer qualquer material dicional do anúncio e usa a energia muito baixa de entrada, emergiu [163]. O fio condutor sólido (geralmente cobre) é revestido com um calor e/ou adesivo solvente ativado. O adesivo que é geralmente um polivinil butiral, utiliza uma resina termoplástica de posição de baixa temperatura [163]. Isto significa que o adesivo ligado pode desmoronar depois de uma certa temperatura mínima for alcançada, ou ele novamente entra em contato com o solvente. Normalmente esta temperatura é muito menor do que o

Figura 3.16. Coreless enrolamento disco tipo montado de bobinas da mesma forma de acordo com a US Patent no. 5 744 896 [139]: (uma) bobina única; (b) três bobinas adjacentes. Eu - bobina lado, 2 - curva de compensação interna, curva de compensação externa 3.

classificação térmica da camada de isolamento de base. O adesivo é ativado, passando o fio através de um solvente enquanto o enrolamento ou aquecimento da bobina terminou como resultado da passagem de corrente elétrica através dele.

O fio condutor com um sobretudo de calor ativado adesivo custa mais do que a mesma classe do condutor não-bondable. No entanto, um menos do que dois segundo pulso atual é necessário para unir o calor ativado camada adesiva e custos de maquinaria de ligação cerca metade do tanto como trickle máquinas impregnação [163].

3.3.3 fabricação dos enrolamentos coreless

Coreless enrolamentos do estator de máquinas AFPM são fabricados como bobinas uniformemente distribuídas em uma disco-tipo estrutura de suporte cilíndrico (cubo) feitas de material não condutivo e nonmagnetic. Existem dois tipos de enrolamentos:

(a) enrolamento composto por bobinas multi-tum feridas com espiras de condutor isolado con de redondo ou retangular Cruz seção;

(b) impresso filme também chamado enrolamento da bobina de enrolamento.

As bobinas estão ligadas em grupos para formar os enrolamentos da fase normalmente ligados em estrela ou delta. Bobinas ou grupos de bobinas da mesma fase podem ser ligados em paralelo para formar caminhos paralelos.

Para montar o enrolamento das bobinas mesmos e obter alta densidade de embalagem, bobinas devem ser formadas com compensação de curvas, como mostrado na Fig. 3.16. O espaço entre os dois lados da mesma bobina é preenchido com os lados da bobina de cada uma das bobinas adjacentes.

As bobinas podem ser colocadas em uma estrutura ranhurada do molde (Fig. 3.17). Com todas as bobinas em posição, é o enrolamento (muitas vezes com uma estrutura de apoio ou hub)

Figura 3.17. Moldes para posicionamento das bobinas: (a) molde com ranhuras de guia; (b) do molde com pinos de guia.

Figura 3.18. Bobinas de filme para Micromotores AFPM. Cortesia de EMbest, Soeul, Coreia.

moldado em uma mistura de resina epóxi e endurecedor e então curado em forno aquecido. Por causa da dificuldade de liberar o estator curado da estrutura ranhurada do molde (figo. 3.17a), espaçamento de cada bloco que formulários um slot guia consiste de vários pinos removíveis de tamanhos diferentes (Fig. 3.l7b).

Para máquinas muito pequenas de AFPM e núcleo de circuito impresso micromachines menos enrolamentos permitem automação da produção. Enrolamentos de circuito impresso para

AFPM escova menos máquinas fabricadas em uma maneira similar como placas de circuito impresso não tem sido comercializadas devido ao mau desempenho. Um melhor desempenho foi conseguido usando enrolamentos de bobina de filme feitos através do mesmo processo como circuitos impressos flexíveis [85]. O padrão de bobina é formado por gravando dois filmes de cobre que são colocadas em ambos os lados de uma placa de isolante mate riais (Fig. 3.18). Bobina compacta padrões são possibilitados pela conexão de ambos os lados dos padrões de bobina através de buracos [85].

Exemplo numérico 3.1

Um simples circuito magnético estacionário é mostrado na Fig. 3.19. existem dois Vacomax 240 HR SmCo PMs (tabela 3.11) com B; = l.10 T, ele = kAJm 680, temperatura coeficientes OB =-0.03%/oC e OH =-0.15%/oC às 20::; VPM::; 100° C. A altura da PM por pólo é hM = 6 mm e o g de espessura de lacuna de ar = 1 mm. Os núcleos ferromagnéticos (superiores) em forma de U e l-shaped são feitos de um aço laminado Electrotécnica. A largura dos ímãs e núcleos é 17 mm. Calcular a densidade magnética do fluxo ar lacuna, ar lacuna força do campo magnético, a energia útil de PMs e normal atraente forçar por

dois pólos em: (a) VPM = 20° C e (b) VP1vI = 100 ° e. O MVD no núcleo laminado, escapamento e franja fluxo magnético pode ser negligenciado.

Solução:

(a) Temperatura de ímã VPM = 20°C

A permeabilidade magnética relativa recolhimento segundo eqn (3.4) para uma curva de desmagnetização de linha reta é

É a densidade de fluxo magnético de lacuna ar segundo eqn (3.13)

A intensidade do campo magnético lacuna ar segundo eqn (3.14) em que H = Hg e B = Bg é

É a energia útil por volume de ímã de acordo com eqn (3.5)

Figura 3.19. Um simples circuito magnético estacionário com PMs e abertura de ar. Exemplo numérico 3.1.

É a energia útil por par de pólo

É a força atrativa normal por 2 pólos

(b) Temperatura de ímã 19P M = 1000e

É a densidade de fluxo magnético remanente e coercividade em 1oooe de acordo com eqns (3.2) e (3.3)

Em 19 PAl = 1000e a curva de desmagnetização é não-linear. Sua parte linear é apenas entre 0.5 T e ser paralela à curva de desmagnetização no 20oe. Assim, o relativo recuo permeabilidade magnética ItTree e ar lacuna força do campo magnético Hg no 1000e são aproximadamente os mesmos à temperatura ambiente. É a densidade de fluxo magnético de lacuna ar de acordo com (3.13)

É a energia útil por volume de ímã

É a energia útil por par de pólo

É a força atrativa normal por 2 pólos


Uma máquina AFPM single-sided, 8-pólo com estator ferromagnético ranhurado tem o diâmetro exterior do PM Dout = 0,22 m e diâmetro interno Din = 0,12 m. A abertura de ar incluindo o efeito de entalhar (coeficiente de Carter) é 9 = 1,9 mm. Ímãs de NdFeB sinterizados trapezoidais tem B; = 1,15 T e ele = 900 kAlm a 20° C. O coeficiente de temperatura para B; é CtB =-

0.15% 1 ° C e o coeficiente de temperatura para ele é CtH =-0.64% fOC. É o coeficiente de fluxo de escapamento PM (JIM = 1,15 e pólo campo de largura-de-pole coeficiente é Cti = 0.72. Encontrar PM dimensões para obter ar lacuna a densidade do fluxo magnético Bg = 0,64 T sem carga e temperatura tJPA1 = 80° C. Esboço de diagramas no iJ e B-H de funcionamento >-sistema de coordenadas MM F em nenhuma carga. Suponha que o circuito magnético é insaturado.

Solução:

A remanência e coercividade em {} PM = 80 ° C, de acordo com eqns (3.2) e (3.3) é a aproximação de curvas de desmagnetização de acordo com eqn (3.14) a 20 ° C e 80 ° C respectivamente

É a permeabilidade magnética relativa recolhimento segundo eqn (3.4)

É a altura axial da PM por pólo de acordo com eqn (3.13)

O entreferro equivalente é

O diâmetro médio, campo de pólo (1.9), comprimento (3.34) e largura do ímã são respectivamente

A permeância do diferencial do ar de acordo com eqn (2.23) é

ou

A permeância total para o fluxo magnético, incluindo permeances de escapamento é Gt = (JlmGg = l.15 x l.59 x 10-6 = 1.828 X 10-6 H aproximação da linha permeância total (abertura de ar e escapamento) pode ser ex pressionada como uma função linear de H

A intensidade de campo magnético correspondente ao ponto de funcionamento do ímã é calculada como figura 3.20. Diagrama de funcionamento de PM em sem carga: (a) no sistema de coordenadas de B-H; (b) em < P M IvIF sistema de coordenadas. Exemplo numérico 3.2.

É a ar lacuna densidade do fluxo magnético como obtido o diagrama de funcionamento (Fig. 3.20a)

Para traçar o diagrama de funcionamento no < sistema de coordenadas de F p-1vlM, ATR (3.16) e (3.18) são usados para localizar o fluxo magnético < Pr correspondente a B; e o Fc MMF por pólo correspondente a ele, ou seja

Aproximação da linha de fluxo magnético é

O MMF FM correspondente ao ponto de funcionamento do ímã no MJI.; I Sistema de coordenadas de F (Fig. 3.20b) é

É a linha de fluxo de lacuna de ar (Fig. 3.20b)É a linha de fluxo total (Fig. 3.20b)

O ar lacuna magnético fluxo correspondente ao ponto de operação é g(FM) = 0.0016 Wb.

A densidade magnética do fluxo ar lacuna é Bg = 0.0016 /(0.048 x0.05) = 0,666 T.


O campo magnético no entreferro de uma máquina de AFPM com estator coreless é animado por ímãs de NdFeB sinterizados, dispostos em efeito Halbach array. Os rotores de gêmeo externo não têm qualquer discos de aço de apoio (Fig. l.4D). A densidade do fluxo magnético remanente é B, = 1.25 T, a altura da PM é hM = 6 mm, o comprimento de onda no diâmetro médio é de la. = 2T = 48 mm e o ímã ímã para distância é t = 10 mm.

Encontrar a distribuição da densidade do fluxo magnético no espaço entre redes de mag para o efeito Halbach array 90 graus, ou seja, nM = 4. Estimativa, como o nM número de PMs por comprimento de onda afeta a densidade do fluxo magnético no ofPMs de cara sur ativo.

Solução

O valor de pico da densidade do fluxo magnético na superfície ativa de efeito Halbach array de acordo com eqn (3,42) é

Figura 3.21. Distribuição de Ex e B; componentes: (a) na direção x; (b) no z direc ção. Exemplo numérico 3.3.

onde (J = 2 x 1T /0.048 = 130.9 11m.

A distribuição da componente tangencial Bx no espaço entre as redes de mag é descrita por eqn (3,45) e a distribuição da componente normal B, é descrito por eqn (3.46). Ambos os componentes B; r e Bz são plotados na Fig 3.21.

Figura 3.22. Valor de pico da densidade do fluxo magnético Em função do número ofPMs nM por comprimento de onda. Exemplo numérico 3.3.

Para o efeito Halbach array de 90 graus (nM = 4) o valor de pico da densidade do fluxo magnético na ofPMs superfície ativa é Bmo = 0,42 T. Da mesma forma, usando eqn (3,42), o valor de pico Bmo pode ser calculada para outras configurações de Halbach. Para 60 graus Halbach array (nM = 6) Bmo = 0,649 T e para 45 graus Halbach array (nAt = 8) Bmo = 0,663 T. Em geral,

desde limx-ao pecado x/x = 1. O valor de pico Bmo em função do número ni «ofPMs por comprimento de onda é mostrado na Fig. 3.22.

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