くさび形ネオジム磁石はモーターや発電機に何に使用されますか?

くさび形ネオジム磁石 拘束された円形形状内の磁束密度を最大化するために、主に永久磁石モーターおよび発電機のローター アセンブリに使用されます。テーパー状の台形断面により、ローターまたはステーターのセグメント化されたリング構造に正確に適合し、デッドスペースを排除し、機械の周囲に滑らかで連続した磁場を実現します。

実際には、この形状によりモーターは次のような生産を行うことができます。 トルク密度が 15 ～ 30% 向上 同じ磁石総質量の長方形磁石配置と比較して。発電機の設計者にとって、ウェッジ セグメントはより均一なエア ギャップ フィールド分布を確保し、出力波形の高調波歪みを直接低減します。これらの特性により、 モーター用くさび形ネオジム磁石 発電機のアプリケーションは、電気自動車から風力タービンに至るまで、業界全体で重要なエンジニアリングの選択肢です。

回転電機において磁石の形状が重要な理由

永久磁石モーターまたは発電機では、ローターは基本的に円筒形の部品です。設計者が平らな長方形の磁石を曲面上に並べようとすると、端に角度のあるギャップが生じます。これらのギャップは無駄な磁束と不均一な磁場分布を表しており、どちらも性能を低下させます。

くさび形 (アークセグメントまたはセクター磁石とも呼ばれる) ネオジム磁石は、ローターの自然な曲率に合わせて、広い外面から狭い内面に (またはその逆に) 先細りにすることで、この問題を解決します。結果は次のとおりです。

• ローター周囲のポールをシームレスにカバー
• 極間の磁束遷移がよりスムーズになるため、コギングトルクが低減されます。
• 高価なネオジム材料のより効率的な使用 — 無駄なボリュームがない
• 磁石がローターの形状に固定されるため、機械的安定性が向上します。

モーターおよび発電機設計におけるくさび形ネオジム磁石の主な用途

電気自動車のトラクションモーター

EV トラクション モーターには、単位重量あたり可能な限り高いトルクが要求されます。最新の EV で使用されている内部永久磁石 (IPM) モーターは、ローター積層内の正確な寸法のウェッジまたは V 字型ネオジム磁石インサートに依存しています。 一般的な EV 駆動モーターは、ローターごとに 12 ～ 24 個のウェッジ マグネット セグメントを使用します。 、12,000 RPM を超える速度での回転バランスを確保するために、各公差は ±0.05 mm 以内に研削されています。

風力発電機

風力タービン用の直接駆動永久磁石発電機は、多くの場合、数十または数百の極対を備えた大径ローターを備えています。くさび形のネオジム アーク磁石がこれらのローターに表面取り付けまたは埋め込まれています。 3 MW の直接駆動風力タービン発電機では、 800 を超える個別のウェッジ マグネット セグメント 、それぞれがダイレクトドライブ設計の一貫した低速、高トルク出力特性に貢献します。

産業用サーボモーター

高精度 CNC 機械とロボット アームではサーボ モーターが使用されており、スムーズでリップルのないトルクが不可欠です。ウェッジ磁石は、個別の磁極によって引き起こされるトルクリップルを低減し、アーク秒範囲での位置決め精度を可能にします。これが、精密機械製造においてカスタム ウェッジ ネオジム磁石のサプライヤーとのパートナーシップが一般的である理由です。

航空宇宙および船舶の推進

ハイブリッド電気航空機および電気船舶推進システムで使用される永久磁石モーターは、厳しい重量とサイズの制約の下で動作します。ウェッジネオジム磁石により、エンジニアは電力密度を最大化することができ、一部の航空宇宙用 PM モーターでは、 5 kW/kgを超える出力密度 — この数字は、標準的な長方形の磁石の配置では達成できません。

分散型エネルギー用発電機

小規模水力発電機、潮流発電機、マイクロ風力タービンはすべて、くさび形ネオジム磁石が提供する効率的なパッキングとスムーズな磁場分布の恩恵を受けています。これらの発電機は可変速度で動作することが多く、均一な磁束プロファイルにより広い RPM 範囲にわたって出力電圧を安定させるのに役立ちます。

一般的に使用される技術仕様とグレード

ウェッジネオジム磁石の適切なグレードと形状を選択するには、磁気強度、熱性能、耐食性のバランスを保つ必要があります。以下の表は、モーターおよび発電機の用途で最も広く使用されているグレードをまとめたものです。

接尾辞の文字 (H、SH、UH、EH) は、熱安定性のための高い保磁力を示します。 120℃を超える環境で動作するモーター向け — ボンネット下の自動車用途など — 通常、グレード N38UH または N35EH が指定されます 不可逆減磁を防止します。

ウェッジ磁石の選択のための重要な設計パラメータ

モーター設計にくさび形ネオジム磁石を指定する場合、エンジニアはいくつかの幾何学的パラメータと磁気パラメータを正確に定義する必要があります。これらには次のものが含まれます。

内側と外側の円弧半径

内側の半径はローター シャフトの直径 (または積層ボア) と一致し、外側の半径はエア ギャップの境界と一致します。半径が 0.1 mm ずれるだけでもエアギャップの長さが変化する可能性があり、これは測定可能なマージンでモーターの逆起電力定数と効率に影響を与えます。

円弧角（磁極被覆率）

円弧の角度によって、各磁極が磁石によってどの程度覆われるかが決まります。極被覆率 0.7 ～ 0.85 (極ピッチの 70 ～ 85%) これは表面実装型 PM モーターに一般的です。カバレッジが高くなると磁束が増加しますが、スロット設計とのバランスが取れていないとコギング トルクが増幅する可能性があります。

磁化方向

ウェッジ磁石は、半径方向 (円弧面に垂直)、平行 (均一な方向)、またはより複雑なハルバッハ配列パターンで磁化できます。ラジアル磁化は表面実装ローターで最も一般的で、エアギャップ内に正弦波に近い磁束波形を生成します。

コーティングと表面処理

ネオジム磁石は腐食しやすいです。モーター用途の場合、標準のコーティング オプションは次のとおりです。

• ニッケル-銅-ニッケル (Ni-Cu-Ni): 最も広く使用されており、耐摩耗性に優れています。
• エポキシ: 湿気の多い環境または化学的に攻撃的な環境に適しています
• 亜鉛: 低コスト、中程度の耐食性
• パリレン: 航空宇宙用途に最適な薄膜コンフォーマル コーティング

製造精度: 公差がモーターの性能を決める理由

磁石の寸法精度とモーターの性能には直接的な関係があります。 6,000 RPM を超えて動作する高速モーターでは、厚さが不均一な磁石によってロータのアンバランスが発生し、振動、ベアリングの磨耗、騒音が発生する可能性があります。 厚さ±0.05mm、円弧長さ±0.1mmの公差が共通仕様です。 精密モーター用途向け。

このレベルの精度を達成するには、焼結後にダイヤモンド ワイヤ切断または CNC 研削を行った後、三次元測定機 (CMM) を使用して個々の磁石を検査する必要があります。資格のあるカスタムウェッジネオジム磁石サプライヤーは、文書化された寸法検査レポート (初回製品検査) を提供し、各生産バッチまで追跡可能な磁束測定データ (ガウスメーターの測定値) を提供できます。

表面実装型と内部埋め込み型のウェッジ磁石

ウェッジ ネオジム磁石をローターにどのように統合するかは、2 つの主要な取り付け戦略によって決まります。

表面実装 (SPM) 構成

この配置では、ウェッジ アーク磁石が円筒形のローター ヨークの外面に直接接着されています。これはより単純な構成であり、ダイレクトドライブ発電機や低速サーボ モーターで一般的です。磁石は通常、構造用エポキシ接着剤で保持されますが、高速時にはカーボンファイバーまたはステンレス鋼のスリーブで保持される場合もあります。 SPM ローターは、高級ネオジム セグメントを使用して 0.85 ～ 1.0 T のエアギャップ磁束密度を達成できます。

内部永久磁石 (IPM) の構成

IPM モーター (EV ドライブトレインの主要なトポロジー) では、ローター積層スタックに機械加工されたスロットまたはキャビティ内にくさび形のネオジム磁石が埋め込まれています。これにより、遠心力から磁石が保護され、磁気トルクをリラクタンストルクで補うことができ、効率が向上します。 IPM ローターに典型的な V 字型または多層構造では、特定の角度に向けられた一対のウェッジ磁石が使用されます。 ローター接線から 15° ～ 40° 、磁気抵抗顕著性を最大化します。

信頼できるカスタム ウェッジ ネオジム磁石のサプライヤーを選択する方法

すべてのサプライヤーが、要求の厳しいモーター用途向けの精密ウェッジ磁石の製造に必要な工具、品質システム、または材料の専門知識を備えているわけではありません。を評価するとき、 カスタムウェッジネオジム磁石サプライヤー 、次の基準を考慮してください。

1. 焼結および粉砕能力: サプライヤーは、NdFeB 合金の溶解から最終表面処理までの生産チェーン全体を管理する必要があります。サードパーティによる未加工ブランクの研磨では、公差の変動が生じることがよくあります。
2. 利用可能なグレード: アプリケーションの温度範囲に応じた熱的に安定したグレード (H、SH、UH、EH の接尾辞) を供給できることを確認してください。
3. 検査と文書化: プロセス能力を示す初回商品検査 (FAI) レポートと Cpk データのサンプルをリクエストします。限界寸法の Cpk 1.33 以上が、モーターグレードの磁石の許容可能なベンチマークです。
4. 磁化オプション: サプライヤーが半径方向、軸方向、または多極パターンで磁化できること、および磁化中に欠けたり亀裂が生じることなくウェッジ形状を保持するための固定具を備えていることを確認してください。
5. バッチトレーサビリティ: 自動車および航空宇宙アプリケーションの場合、完全なバッチレベルのトレーサビリティ (材料証明書、プロセス記録、検査データ) は交渉の余地のない要件です。
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