Points de fonctionnement dans les circuits magnétiques fermés ou ouverts
Dans un circuit magnétique fermé (par exemple, un aimant pris en sandwich entre des culasses en acier), le coefficient de perméance (Pc) est élevé, généralement de 5 à 10. L'aimant fonctionne dans la région linéaire de la courbe de démagnétisation, loin du genou. Le risque de démagnétisation est faible même à des températures élevées.
Dans un circuit ouvert (par exemple, un aimant seul dans l'air), Pc est faible (0,1-0,5). Le point opératoire se situe à proximité du genou. Tout champ opposé ou augmentation de température peut le pousser à une perte irréversible. Pour cette raison, les séparateurs magnétiques et les dispositifs de maintien utilisent des pièces polaires en acier pour augmenter Pc.
Dans un moteur à aimant permanent, les aimants du rotor subissent une Pc variable en fonction de la position du rotor et du courant du stator. À charge maximale, le champ démagnétisant provenant de la réaction d'induit peut réduire Pc local en dessous de 1,0, créant un risque de démagnétisation au niveau des bords de l'aimant.
Simulation de démagnétisation locale à partir de champs magnétiques inverses
Le logiciel FEA (par exemple, Ansys Maxwell, JMAG, Motor-CAD) calcule le vecteur de champ magnétique au niveau de chaque élément fini de l'aimant. Le champ est ensuite comparé à la courbe BH à la température de fonctionnement. Si l'amplitude du champ dépasse la coercitivité intrinsèque (Hcj) à ce stade, l'élément est considéré comme démagnétisé.
Nous simulons trois conditions :
Charge nominale à température ambiante maximale.
Surcharge (2x ou 3x courant nominal) pendant 10 secondes.
Condition de décrochage (vitesse de rotor nulle, pleine tension appliquée).
Les cartes de sortie montrent le pourcentage de démagnétisation dans tout le volume de l'aimant. Généralement, les bords et les coins sont les plus vulnérables. Seuil acceptable :<5% demagnetization after 1000 cycles; <2% for automotive or aerospace applications.
Optimisation des chanfreins et des rapports d'épaisseur via le logiciel FEA
Les modifications géométriques réduisent considérablement le risque de démagnétisation. L'ajout d'un chanfrein ou d'un rayon de 0,5 à 1,5 mm sur les bords de l'aimant réduit la concentration du champ local. La FEA permet une itération rapide : un ingénieur peut évaluer 20 à 30 variations de chanfrein par jour, alors que les tests physiques de chaque itération prendraient des semaines.
Le rapport d'épaisseur (épaisseur de l'aimant/longueur de l'entrefer) affecte également la démagnétisation. Pour un moteur donné, l'augmentation de l'épaisseur de l'aimant de 3 mm à 4 mm augmente Pc de 1,2 à 1,6, réduisant ainsi le risque de démagnétisation de 40 à 50 % à la même température de fonctionnement. Cependant, des aimants plus épais augmentent l’inertie du rotor et le coût des matériaux. FEA optimise le rapport d'épaisseur pour un coût minimum tout en restant au-dessus du seuil de démagnétisation.
-Vérification croisée des résultats du prototypage avec les données informatiques
Après optimisation FEA, nous produisons des prototypes physiques (5 à 10 pièces) et effectuons la validation de la démagnétisation :
Mesurer le flux à température ambiante (bobine de Helmholtz ou fluxmètre).
Chauffez l’ensemble à la température de fonctionnement maximale pendant 1 heure.
Appliquez une impulsion de champ inverse ou faites tourner le moteur en surcharge.
Laisser refroidir à température ambiante et-mesurer à nouveau le flux.
Perte irréversible=(flux_after - flux_before) / flux_before × 100 %. La corrélation avec la FEA devrait être comprise entre 10 et 15 %. Si l'écart dépasse 20 %, nous affinons la simulation (par exemple, en ajoutant l'effet de la variation des propriétés du matériau, des tolérances de fabrication).
Pour les solutions magnétiques personnalisées nécessitant une analyse de démagnétisation FEA (y compris les rotors IPM, les aimants de rotor à rayons-et les accouplements magnétiques), veuillez vous référer à notre page d'assistance technique sur l'analyse par éléments finis sur notre site Web. Nous fournissons des rapports de simulation complets avec chaque prototype.
Pour demander une évaluation des risques de démagnétisation pour votre conception de moteur existante ou planifiée, contactez notre équipe d'ingénierie FEA. Envoyez la forme d'onde du courant de votre stator, les dimensions du rotor, la qualité de l'aimant et la température maximale. Nous vous renvoyons un rapport de simulation dans un délai de 3 à 5 jours ouvrés.
Foire aux questions
Q : Quelle est la précision de la FEA dans la prévision de la démagnétisation par rapport aux tests de moteurs réels ?
R : Dans les limites de ± 10 % pour les propriétés homogènes de l’aimant. La variation provient du lot Hcj d'aimant réel-à-lot (± 5 %) et de l'erreur de mesure de la température. Nous recommandons une marge de sécurité de 15 % en dessous de la Hcj nominale.
Q : Pouvez-vous simuler la démagnétisation pour un assemblage de réseau Halbach ?
R : Oui. Les réseaux Halbach ont des chemins de flux complexes, mais FEA les gère avec précision. Nous sommes spécialisés dans les configurations Halbach pour moteurs linéaires et bobines de gradient IRM.
Q : Quelle est l'épaisseur minimale de l'aimant pour éviter la démagnétisation dans un PMSM à 150 degrés ?
R : Cela dépend de l’entrefer et du courant du stator. En règle générale, pour un PMSM à montage en surface-avec un entrefer de 1 mm et des aimants N35SH, l'épaisseur minimale est de 3,5 mm. Pour N42SH, 4,5 mm. Exécutez FEA pour votre géométrie exacte.
