RU2845615C1 - Hybrid magnetic element for electric machine rotor resistant to irreversible demagnetization under overheating conditions - Google Patents
Hybrid magnetic element for electric machine rotor resistant to irreversible demagnetization under overheating conditionsInfo
- Publication number
- RU2845615C1 RU2845615C1 RU2024134516A RU2024134516A RU2845615C1 RU 2845615 C1 RU2845615 C1 RU 2845615C1 RU 2024134516 A RU2024134516 A RU 2024134516A RU 2024134516 A RU2024134516 A RU 2024134516A RU 2845615 C1 RU2845615 C1 RU 2845615C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- smco35
- magnetic element
- ndfeb50h
- parts
- smco33
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Область техники, к которой относится изобретениеField of technology to which the invention relates
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для изготовления магнитных элементов для синхронных электроприводов на основе постоянных магнитов.The invention relates to electrical engineering and can be used to manufacture magnetic elements for synchronous electric drives based on permanent magnets.
Уровень техникиState of the art
Известно, что синхронные электроприводы на основе постоянных магнитов (СЭПМ) обладают рядом технических преимуществ, а именно существенно меньшими массогабаритными характеристиками и более высоким КПД. Однако при повышении температуры при воздействии магнитного поля, создаваемого обмотками статора, возможно размагничивание постоянных магнитов (ПМ). В зависимости от положения нагрузочной линии (пунктирная линия на фиг. 1) и размагничивающего фактора постоянного магнита (отношения L/D), температурный интервал возрастания вероятности размагничивания может изменяться (см. C.H. Chen. Engineering magnetic materials and their applications, Course MAT-512, University of Dayton. 2006-2010). Критическим фактором является степень близости к так называемому «колену» (расположено в области 6-9 кЭ), в области которого может произойти самопроизвольное полное или частичное размагничивание ПМ. Так представленные на фиг. 1 данные для ПМ марки NdFeB33 (далее по тексту описания и в примерах исполнения цифра около марки постоянного магнита, как марки NdFeB так и SmCo, означает величину максимального энергетического произведения постоянного магнита, измеренную в МГсЭ), позволяют заключить, что данный ПМ может работать до температуры 100°С при размагничивающем факторе 0,2 и до температуры 175°С - при размагничивающем факторе 2,0. Как правило, увеличение рабочей температуры достигается за счет добавления диспрозия (Dy) или тербия (Tb) - редкоземельных элементов с высокими константами магнитной анизотропии, что, однако, резко увеличивает затраты на изготовление электроприводов.It is known that synchronous electric drives based on permanent magnets (SEPM) have a number of technical advantages, namely, significantly smaller weight and size characteristics and higher efficiency. However, with an increase in temperature under the influence of the magnetic field created by the stator windings, demagnetization of the permanent magnets (PM) is possible. Depending on the position of the load line (dashed line in Fig. 1) and the demagnetizing factor of the permanent magnet (L/D ratio), the temperature range of increasing demagnetization probability can change (see C.H. Chen. Engineering magnetic materials and their applications, Course MAT-512, University of Dayton. 2006-2010). The critical factor is the degree of proximity to the so-called "knee" (located in the region of 6-9 kOe), in the region of which spontaneous complete or partial demagnetization of the PM can occur. Thus, the models shown in Fig. 1 data for the NdFeB33 PM (hereinafter in the description text and in the examples of execution, the number next to the permanent magnet brand, both NdFeB and SmCo, means the value of the maximum energy product of the permanent magnet, measured in MGE), allow us to conclude that this PM can operate at a temperature of up to 100°C with a demagnetization factor of 0.2 and at a temperature of 175°C with a demagnetization factor of 2.0. As a rule, an increase in the operating temperature is achieved by adding dysprosium (Dy) or terbium (Tb) - rare earth elements with high magnetic anisotropy constants, which, however, sharply increases the costs of manufacturing electric drives.
Представляется актуальным поиск путей повышения рабочей температуры ПМ, поскольку постоянное снижение размеров современных СЭПМ, а также повышение плотности тока (крутящий момент прямо пропорционален плотности тока) приводит к повышению плотности мощности и большим джоулевым потерям на единицу объема. Указанное приводит к необходимости отведения большего количества тепла в единицу времени, что является затруднительным при наименьшем объеме СЭПМ (меньшей площади поверхности теплоотвода), что в конце концов и вызывает повышение температуры ротора и ПМ, расположенных на нем.It seems relevant to search for ways to increase the operating temperature of the PM, since the constant reduction in the size of modern EPCM, as well as the increase in current density (torque is directly proportional to current density) leads to an increase in power density and greater Joule losses per unit volume. This leads to the need to remove more heat per unit time, which is difficult with the smallest volume of the EPCM (smaller heat sink surface area), which ultimately causes an increase in the temperature of the rotor and the PM located on it.
Известны усовершенствования конструкции ротора с использованием ПМ из NdFeB, не содержащих Dy. В статье Irreversible Demagnetization Improvement Process of Hybrid Traction Motors with Dy-Free Magnets / Machines 2023, 11 (1), 4; doi.org/10.3390/machines11010004, описан процесс улучшения необратимого размагничивания за счет усовершенствования конструкции - изменения расстояния между воздушными отверстиями в магнитопроводе ротора, которое сдвигает регион, где необратимое размагничивание происходит в области с низким вкладом обратной ЭДС. Хотя магнит, лишенный редкоземельных элементов, имеет высокую вероятность необратимого размагничивания при высоких температурах из-за его низкой коэрцитивной силы, в данной статье предложен процесс противодействия необратимому размагничиванию, для того чтобы компенсировать этот недостаток. Этот процесс анализирует вклад обратной ЭДС (электродвижущей силы) ПМ с использованием уравнения потокосцепления. Далее место необратимого размагничивания перемещается в положение с низким вкладом в обратную электродвижущую силу. То есть, степень необратимого размагничивания может быть снижена, если она происходит там, где вклад обратной ЭДС магнита мал. Конструктивно подобрано такое расстояние между воздушными отверстиями в магнитопроводе ротора, чтобы ПМ без диспрозия меньше размагничивался.Improvements in rotor design using Dy-free NdFeB PMs are known. The article Irreversible Demagnetization Improvement Process of Hybrid Traction Motors with Dy-Free Magnets / Machines 2023, 11 (1), 4; doi.org/10.3390/machines11010004 describes a process for improving irreversible demagnetization by improving the design - changing the distance between the air holes in the rotor magnetic circuit, which shifts the region where irreversible demagnetization occurs to the region with a low back EMF contribution. Although the magnet devoid of rare earth elements has a high probability of irreversible demagnetization at high temperatures due to its low coercivity, this article proposes a process to counteract irreversible demagnetization in order to compensate for this drawback. This process analyzes the back EMF (electromotive force) contribution of the PM using the flux linkage equation. Then the place of irreversible demagnetization moves to a position with a low contribution to the reverse electromotive force. That is, the degree of irreversible demagnetization can be reduced if it occurs where the contribution of the magnet's reverse EMF is small. The distance between the air holes in the rotor magnetic circuit is selected structurally so that the PM without dysprosium is less demagnetized.
Описан способ оценки температуры ПМ в синхронных машинах с постоянными магнитами с использованием поисковых катушек (Yuan Cheng et al. «Magnet temperature estimation of permanent magnet synchronous motor using search coils» - 25th International Conference on Electrical Machines and Systems (ICEMS), 2022; DOI: 10.1109/ICEMS56177.2022.9983044). Это дает возможность заменить непосредственные измерения температуры на косвенные, основанные на линейной зависимости потокосцепления двигателя и температуры ПМ, но с высокой точностью. Описаны варианты, использующие такие измерения (CN 114928290 А, опубл. 19.08.2022; CN 114928289 А, опубл. 19.08.2022; JP 2022116488 А, опубл. 10.08.2022). Описаны различные практические реализации самих ПМ роторов, позволяющие снизить размагничивающий фактор и, соответственно, повысить эффективность генераторов.A method for estimating the PM temperature in permanent magnet synchronous machines using search coils is described (Yuan Cheng et al. "Magnet temperature estimation of permanent magnet synchronous motor using search coils" - 25th International Conference on Electrical Machines and Systems (ICEMS), 2022; DOI: 10.1109/ICEMS56177.2022.9983044). This makes it possible to replace direct temperature measurements with indirect ones based on the linear dependence of the motor flux linkage and the PM temperature, but with high accuracy. Options using such measurements are described (CN 114928290 A, published 19.08.2022; CN 114928289 A, published 19.08.2022; JP 2022116488 A, published 10.08.2022). Various practical implementations of the PM rotors themselves are described, allowing to reduce the demagnetizing factor and, accordingly, increase the efficiency of generators.
Известна конструкция гибридных ПМ, где каждый ПМ состоит из нескольких магнитных материалов с различными значениями магнитного потока (US 10714988 В2). ПМ содержит первый магнитный материал; и второй магнитный материал, отличный от первого магнитного материала. При этом полярная ось первого магнитного материала параллельна полярной оси второго магнитного материала. Намагниченность насыщения (MS), магнитная анизотропия (Ku), температурный коэффициент (СТ) намагниченности, СТ коэрцитивной силы или температура Кюри (ТС) выше для второго магнитного материала, чем для первого материала. Объем второго магнитного материала меньше или равен объему первого магнитного материала. Первый магнитный материал выбран из группы, содержащей: альнико, феррит, магнитный материал на основе редкоземельного металла, магнитный материал на основе марганца, магнитный материал на основе переходного металла и платины или нитрида железа (FeN). Второй магнитный материал выбран из группы, содержащей: альнико, феррит, материал на основе редкоземельного металла, материал на основе марганца, магнитный материал на основе переходного металла и платины или Fe-N. Второй ПМ имеет более высокую плотность магнитного потока по сравнению с первым магнитным материалом.A design of hybrid PMs is known, where each PM consists of several magnetic materials with different magnetic flux values (US 10714988 B2). The PM contains a first magnetic material; and a second magnetic material different from the first magnetic material. In this case, the polar axis of the first magnetic material is parallel to the polar axis of the second magnetic material. The saturation magnetization (MS), magnetic anisotropy (Ku), temperature coefficient (CT) of magnetization, CT of the coercive force or Curie temperature ( TC ) is higher for the second magnetic material than for the first material. The volume of the second magnetic material is less than or equal to the volume of the first magnetic material. The first magnetic material is selected from the group consisting of: alnico, ferrite, a magnetic material based on a rare earth metal, a magnetic material based on manganese, a magnetic material based on a transition metal and platinum or iron nitride (FeN). The second magnetic material is selected from a group comprising: alnico, ferrite, a rare earth metal based material, a manganese based material, a transition metal based magnetic material and platinum or Fe-N. The second PM has a higher magnetic flux density compared to the first magnetic material.
В статье (Dapeng Wang et al. Exchange-coupled nanoscale SmCo/NdFeB hybrid magnets - Journal of Magnetism and Magnetic Materials Volume 324, Issue 18, September 2012, Pages 2836-2839; DOI: 10.1016/j.jmmm.2012.04.018) описаны преимущества гибридных NdFeB/SmCo магнитов перед однофазными. Описан способ изготовления гибридных магнитов, заключающийся в отжиге мелкодисперсной порошковой смеси из NdFeB и Sm-Co в вакууме и под давлением. Размер частичек порошка не превышал 20 нм. В результате были получены крайне низкие значения коэрцитивной силы и BHmax на уровне 12-14 МГсЭ, не позволяющие применения композитов в реальных высоконагруженных электроприводах с высокой плотностью момента. Выявлено, что подобный подход не позволяет локально увеличить величину Hcj в заданном месте ПМ, подверженного большим размагничивающим полям.The article (Dapeng Wang et al. Exchange-coupled nanoscale SmCo/NdFeB hybrid magnets - Journal of Magnetism and Magnetic Materials Volume 324, Issue 18, September 2012, Pages 2836-2839; DOI: 10.1016/j.jmmm.2012.04.018) describes the advantages of hybrid NdFeB/SmCo magnets over single-phase ones. A method for producing hybrid magnets is described, which consists in annealing a finely dispersed powder mixture of NdFeB and Sm-Co in a vacuum and under pressure. The size of the powder particles did not exceed 20 nm. As a result, extremely low values of the coercive force and BHmax were obtained at the level of 12-14 MGOe, which do not allow the use of composites in real highly loaded electric drives with high torque density. It was found that such an approach does not allow locally increasing the value of Hcj at a given location of the PM subject to large demagnetizing fields.
Наиболее близким к заявленному решению является изобретение по заявке CN 105449967 А - Combined magnetic pole built-in radial direction V type permanent magnet synchronous motor, опубл. 30.03.2016 - прототип), в котором описано выполнение ПМ типа V с комбинированным магнитным полюсом в радиальном направлении для СЭПМ. Магнитное поле воздушного зазора СЭПМ имеет дополнительные гармоники, что может вызвать необратимое размагничивание, поэтому магнитный полюс ротора имеет однослойную или многослойную вложенную V-образную структуру ПМ; магнитный полюс ротора содержит два полюса ПМ из редкоземельных металлов и два полюса из феррита. Направления намагничивания совпадают. Такая комбинация может приблизить форму волны плотности потока в воздушном зазоре к синусоидальной волне и уменьшить содержание гармоник в магнитном поле воздушного зазора.The closest to the claimed solution is the invention according to the application CN 105449967 A - Combined magnetic pole built-in radial direction V type permanent magnet synchronous motor, published on 30.03.2016 - prototype), which describes the implementation of a V-type PM with a combined magnetic pole in the radial direction for a PMSM. The magnetic field of the air gap of the PMSM has additional harmonics, which can cause irreversible demagnetization, therefore the magnetic pole of the rotor has a single-layer or multilayer nested V-shaped PM structure; the magnetic pole of the rotor contains two PM poles made of rare earth metals and two poles made of ferrite. The directions of magnetization coincide. Such a combination can bring the shape of the flux density wave in the air gap closer to a sine wave and reduce the content of harmonics in the magnetic field of the air gap.
Недостаток такого решения состоит в том, что оно не касается средств, препятствующих необратимому размагничиванию ПМ вследствие нагрева и перегрева в процессе работы электромашины.The disadvantage of this solution is that it does not include means to prevent irreversible demagnetization of the PM due to heating and overheating during operation of the electric machine.
Настоящее изобретение направлено на решение проблемы повышения эффективности функционирования СЭПМ путем устранения/уменьшения влияния температурного нагрева на магнитные характеристики ПМ в процессе эксплуатации.The present invention is aimed at solving the problem of increasing the efficiency of the functioning of the PM by eliminating/reducing the effect of temperature heating on the magnetic characteristics of the PM during operation.
Раскрытие изобретенияDisclosure of invention
Технический результат - повышение эффективности функционирования СЭПМ путем минимизации влияния температурного нагрева на магнитные характеристики ПМ в процессе эксплуатации.The technical result is an increase in the efficiency of the functioning of the EPMS by minimizing the effect of temperature heating on the magnetic characteristics of the PM during operation.
Патентуемое решение представляет собой сформированный гибридный магнитный элемент для СЭПМ, содержит комбинированные полюса, выполненные из магнитных материалов, устойчивых к необратимому размагничиванию.The patented solution is a formed hybrid magnetic element for the SEPM, containing combined poles made of magnetic materials resistant to irreversible demagnetization.
Технический результат достигается за счет изготовления гибридного магнитного элемента для ротора электромашины и ротора, содержащего упомянутые магнитные элементы.The technical result is achieved by producing a hybrid magnetic element for the rotor of an electric machine and a rotor containing the said magnetic elements.
Предварительно выявляют зоны возможного перегрева магнитного элемента ротора, вызывающие необратимое размагничивание при температурах функционирования ротора электромашины. Магнитный элемент ротора выполнен в форме пакета из склеенных между собой деталей из ферромагнитных материалов, число и последовательность расположения которых в направлении, перпендикулярном полярной оси магнитного элемента, химический состав материала деталей, показатель коэрцитивной силы и параметры клея выбраны из условия обеспечения функционирования ротора электромашины в зонах возможного перегрева, причем в выявленных зонах возможного перегрева располагают детали, выполненные из материалов, имеющих температуру размагничивания, превышающую температуру перегрева магнитного элемента ротора в условиях эксплуатации электромашины.Zones of possible overheating of the rotor magnetic element causing irreversible demagnetization at the operating temperatures of the electric machine rotor are preliminarily identified. The rotor magnetic element is made in the form of a package of glued together parts made of ferromagnetic materials, the number and sequence of arrangement of which in the direction perpendicular to the polar axis of the magnetic element, the chemical composition of the material of the parts, the coercive force index and the parameters of the glue are selected based on the condition of ensuring the operation of the electric machine rotor in zones of possible overheating, and in the identified zones of possible overheating, parts made of materials having a demagnetization temperature exceeding the overheating temperature of the rotor magnetic element under the operating conditions of the electric machine are located.
В одном из вариантов реализации изобретения размер деталей в пакете, включая толщину, направление намагниченности, показатели максимального энергетического произведения, остаточной индукции, намагниченности насыщения, коэрцитивной силы и температурных коэффициентов данных величин, а также потерь на перемагничивание, выбирают из условия обеспечения функционирования ротора электромашины в зонах возможного перегрева магнитного элемента, предотвращающего необратимое размагничивание, и обеспечения требуемых рабочих характеристик электромашины.In one embodiment of the invention, the size of the parts in the package, including the thickness, direction of magnetization, maximum energy product, residual induction, saturation magnetization, coercive force and temperature coefficients of these quantities, as well as losses due to magnetization reversal, are selected based on the condition of ensuring the operation of the rotor of the electric machine in areas of possible overheating of the magnetic element, preventing irreversible demagnetization, and ensuring the required operating characteristics of the electric machine.
Зоны возможного перегрева в теле магнитного элемента ротора могут быть определены экспериментально или с помощью моделирования.Potential overheating zones in the body of the rotor magnetic element can be determined experimentally or by means of modeling.
Число деталей составляет 2-10 при их толщине от 0,1 до 10 мм в направлении склеивания. Склейку пластин осуществляют с использованием компаундов, содержащих микрочастицы из магнитомягких материалов. Детали из ферромагнитных материалов включают спеченные редкоземельные ПМ NdFeB и SmCo (точный химический состав данных постоянных магнитов может содержать до 10 различных химической элементов и изменяется в зависимости от производителя), ферриты, магнитотвердые магнитопласты или композиты на их основе.The number of parts is 2-10 with their thickness from 0.1 to 10 mm in the gluing direction. The gluing of the plates is carried out using compounds containing microparticles of soft magnetic materials. Parts made of ferromagnetic materials include sintered rare-earth PM NdFeB and SmCo (the exact chemical composition of these permanent magnets can contain up to 10 different chemical elements and varies depending on the manufacturer), ferrites, hard magnetic plastic magnets or composites based on them.
В одном из вариантов осуществления изобретения пакет образован из деталей и имеет слоистую структуру, например: NdFeB50H-SmCo35-NdFeB50H-SmCo35-NdFeB50H, или NdFeB-SmCo, или FeN-SmCo, или SmCo32-N42H, или SmCo35-N42SH-SmCo35-N42SH-SmCo35-N42SH-SmCo35-N42SH-SmCo35-N42SH. При этом в данных пакетах толщина детали из NdFeB50H существенно меньше (по меньшей мере в 2 раза) толщины детали из SmCo35.In one embodiment of the invention, the stack is formed from parts and has a layered structure, for example: NdFeB50H-SmCo35-NdFeB50H-SmCo35-NdFeB50H, or NdFeB-SmCo, or FeN-SmCo, or SmCo32-N42H, or SmCo35-N42SH-SmCo35-N42SH-SmCo35-N42SH-SmCo35-N42SH-SmCo35-N42SH. In these stacks, the thickness of the part made of NdFeB50H is significantly less (at least 2 times) than the thickness of the part made of SmCo35.
Наилучший результат достигается при реализации изобретения со слоистой структурой, у которой внешние детали пакета выполнены из спеченных редкоземельных постоянных магнитов марки SmCo, например: SmCo35-NdFeB50H-SmCo35 (буква Н обозначает, что ПМ NdFeB имеет рабочую температуру 120°С), или SmCo35-NdFeB50H-SmCo35-NdFeB50H-SmCo35, или SmCo35-NdFeB50H-SmCo35-NdFeB50H-SmCo35-NdFeB50H-SmCo35, или SmCo-FeN-SmCo (в частности, состава со структурой типа Sm2Co17-Fe16N2-Sm2Co17), или SmCo32-NdFeB42H-SmCo32, или SmCo33-NdFeB50H-SmCo33, или SmCo33-Fe16N2-SmCo33, или SmCo33-NdFeB50H-SmCo33-NdFeB50H-SmCo33, или SmCo33-NdFeB50H-SmCo33-NdFeB50H-SmCo33-NdFeB50H-SmCo33, или SmCo35-NdFeB42SH-SmCo33-NdFeB42H-SmCo32-NdFeB42SH-SmCo33-N42SH-SmCo35.The best result is achieved when implementing the invention with a layered structure, in which the outer parts of the stack are made of sintered rare earth permanent magnets of the SmCo brand, for example: SmCo35-NdFeB50H-SmCo35 (the letter H means that the NdFeB PM has an operating temperature of 120 ° C), or SmCo35-NdFeB50H-SmCo35-NdFeB50H-SmCo35, or SmCo35-NdFeB50H-SmCo35-NdFeB50H-SmCo35-NdFeB50H-SmCo35, or SmCo-FeN-SmCo (in particular, a composition with a structure of the Sm2Co17-Fe16N2-Sm2Co17 type), or SmCo32-NdFeB42H-SmCo32, or SmCo33-NdFeB50H-SmCo33, or SmCo33-Fe16N2-SmCo33, or SmCo33-NdFeB50H-SmCo33-NdFeB50H-SmCo33, or SmCo33-NdFeB50H-SmCo33-NdFeB50H-SmCo33-NdFeB50H-SmCo33, or SmCo35-NdFeB42SH-SmCo33-NdFeB42H-SmCo32-NdFeB42SH-SmCo33-N42SH-SmCo35.
Таким образом, в качестве деталей магнитов SmCo могут быть использованы магниты SmCo35, SmCo32, SmCo33, а также других марок (см. например, https://www.amtc.ru/upload/smco.pdf; https://www.arnoldmagnetics.com/products/recoma-samarium-cobalt-magnets/; https://www.chinahpmg.com/pr.jsp?_jcp=3_3#_pp=120_0).Thus, SmCo35, SmCo32, SmCo33 magnets, as well as other brands, can be used as parts of SmCo magnets (see, for example, https://www.amtc.ru/upload/smco.pdf; https://www.arnoldmagnetics.com/products/recoma-samarium-cobalt-magnets/; https://www.chinahpmg.com/pr.jsp?_jcp=3_3#_pp=120_0).
В состав деталей магнитов SmCo могут входить различные химические элементы, например, ПМ Sm2Co17: Sm (Cobal.Fe 0.35 Cu0.06 Zr 0.018) 7,8: (или в весовых %: Sm - 24,72%, Co - 43,22%, Fe - 25,06%, Zr - 2,11%, Cu - 4,89%), что обеспечивает свойства при комнатной температуре на уровне (ВН)=35 МГсЭ (282 кДж/м3) при Br=1,225 Тл и Нcj=1580 кА/м (Y. Horiuchi et al., Journal of applied physics 117, 17C704 (2015)). По тексту настоящего описания изобретения постоянные магниты с близкими магнитными характеристиками обозначены как SmCo35. При этом содержание железа может изменяться от 15 до 20 вес.%, что обеспечивает при 19% следующие магнитные свойства Br=1.2 Tл, Hcj =2380 кA/м, (BH)max=262 кДж/м3 (около 33 МГсЭ) (M. Duerrschnabel et al., DOI: 10.1038/s41467-017-00059-9). Постоянные магниты с близкими магнитными характеристиками обозначены как SmCo33. Постоянный магнит Sm25Co42Fe26Cu5Zr2 (вес.%) при содержании железа 26 вес.% имеет величину Br=1.24 Тл (Mingyao Hu et al., DOI: 10.1002/adfm.202400305). При этом в зависимости от производителя содержание кобальта в составе магнита может варьироваться от 42 до 51 вес.%. Постоянные магниты SmCo с высоким содержание железа от 19 до 26 вес.% и повышенным значением Br>1.2 Тл являются предпочтительным для использования в составе гибридного клееного магнита, заявленного в настоящем изобретении.The composition of SmCo magnet parts may include various chemical elements, for example, PM Sm2Co17: Sm (Cobal.Fe 0.35 Cu0.06 Zr 0.018) 7.8: (or in weight %: Sm - 24.72%, Co - 43.22%, Fe - 25.06%, Zr - 2.11%, Cu - 4.89%), which provides properties at room temperature at the level of (BH) = 35 MGOe (282 kJ/ m3 ) at Br = 1.225 T and Hcj = 1580 kA/m (Y. Horiuchi et al., Journal of applied physics 117, 17C704 (2015)). In the text of the present description of the invention, permanent magnets with similar magnetic characteristics are designated as SmCo35. In this case, the iron content can vary from 15 to 20 wt.%, which provides the following magnetic properties at 19% Br = 1.2 T, Hcj = 2380 kA/m, (BH)max = 262 kJ/ m3 (about 33 MGOe) (M. Duerrschnabel et al., DOI: 10.1038/s41467-017-00059-9). Permanent magnets with similar magnetic characteristics are designated as SmCo33. The permanent magnet Sm25Co42Fe26Cu5Zr2 (wt.%) with an iron content of 26 wt.% has a value of Br = 1.24 T (Mingyao Hu et al., DOI: 10.1002/adfm.202400305). In this case, depending on the manufacturer, the cobalt content in the magnet composition may vary from 42 to 51 wt.%. Permanent SmCo magnets with a high iron content from 19 to 26 wt.% and an increased Br>1.2 T value are preferred for use in the hybrid glued magnet claimed in the present invention.
Предпочтительным является расположение деталей в пакете таким образом, что направление намагниченности (текстура) крайних постоянных магнитов SmCo расположено перпендикулярно к направлению намагниченности (текстуре) деталей из ПМ NdFeB. В случае пакета из 5 и более слоев центральный ПМ SmCo выполнен многослойным, в частности, из двух слоев с направлением намагниченности упомянутых слоев, отличающимся на 180°.The arrangement of the parts in the package is preferable in such a way that the direction of magnetization (texture) of the outer permanent magnets SmCo is located perpendicular to the direction of magnetization (texture) of the parts made of PM NdFeB. In the case of a package of 5 or more layers, the central PM SmCo is made multilayer, in particular, from two layers with the direction of magnetization of the said layers differing by 180°.
Уменьшение размагничивания в процессе нагрева обеспечивает уменьшение общих (суммарных) температурных коэффициентов по коэрцитивной силе Hcj и остаточной индукции Br гибридного магнита в процессе эксплуатации.Reducing demagnetization during the heating process ensures a reduction in the overall (total) temperature coefficients for the coercive force Hcj and residual induction Br of the hybrid magnet during operation.
Краткое описание чертежейBrief description of the drawings
Сущность изобретения поясняется на фигурах.The essence of the invention is explained in the figures.
Фиг.1 - характеристики размагничивания СЭПМ;Fig. 1 - demagnetization characteristics of the SEPM;
Фиг. 2-4 - схема гибридного магнитного элемента с вариантами размещения деталей в зонах перегрева;Fig. 2-4 - diagram of a hybrid magnetic element with options for placing parts in overheating zones;
Фиг. 5 - СЭПМ с различными вариантами магнитов на роторе:Fig. 5 - SEPM with different types of magnets on the rotor:
а) с цельными магнитами,a) with solid magnets,
б) с гибридными магнитами SmCo35-NdFeB50H-SmCo35,b) with hybrid magnets SmCo35-NdFeB50H-SmCo35,
в) с гибридными магнитами SmCo35-NdFeB50H-SmCo35-N50dFeBH-SmCo35,c) with hybrid magnets SmCo35-NdFeB50H-SmCo35-N50dFeBH-SmCo35,
г) с гибридными магнитами NdFeB50H-SmCo35-NdFeB50H-SmCo35-NdFeB50H;d) with hybrid magnets NdFeB50H-SmCo35-NdFeB50H-SmCo35-NdFeB50H;
Фиг. 6 - графики зависимости электромагнитного момента от температуры магнитов;Fig. 6 - graphs of the dependence of the electromagnetic moment on the temperature of the magnets;
Фиг. 7, 8 - графики зависимости потокосцеплений магнитов от температуры иFig. 7, 8 - graphs of the dependence of the magnetic flux linkages on temperature and
длительности нагрева.duration of heating.
Позициями на чертежах обозначены: 1 - статор, 2 - якорная обмотка, 3 - ярмо ротора, 4 - цельный магнит, 5 - гибридный магнит SmCo35-N50H-SmCo35, 6 - гибридный магнит SmCo35-NdFeB50H-SmCo35-NdFeB50H-SmCo35, 7 - NdFeB50H-SmCo35-NdFeB50H-SmCo35-NdFeB50H, 8 - температурная зависимость зон перегрева по длине магнитного элемента, 9, 10 - зоны перегрева, 11 - детали пакета, 12, 13 - детали пакета, имеющие более высокую температуру размагничивания.The following positions are indicated in the drawings: 1 - stator, 2 - armature winding, 3 - rotor yoke, 4 - solid magnet, 5 - SmCo35-N50H-SmCo35 hybrid magnet, 6 - SmCo35-NdFeB50H-SmCo35-NdFeB50H-SmCo35 hybrid magnet, 7 - NdFeB50H-SmCo35-NdFeB50H-SmCo35-NdFeB50H, 8 - temperature dependence of overheating zones along the length of the magnetic element, 9, 10 - overheating zones, 11 - package parts, 12, 13 - package parts having a higher demagnetization temperature.
Осуществление изобретенияImplementation of the invention
Схема гибридного магнитного элемента с вариантами размещения деталей в зонах перегрева показана на фиг. 2-4. Так, детали 11 могут быть выполнены из спеченных NdFeB, SmCo редкоземельных элементов, ферритов, магнитотвердых магнитопластов или композитов на их основе. Детали 12, 13, имеющие более высокую температуру размагничивания, выполнены из более высокотемпературных магнитных материалов, а именно NdFeB, SmCo, редкоземельных элементов.The diagram of the hybrid magnetic element with variants of the placement of parts in the overheating zones is shown in Fig. 2-4. Thus, parts 11 can be made of sintered NdFeB, SmCo rare earth elements, ferrites, hard magnetic plastic magnets or composites based on them. Parts 12, 13, having a higher demagnetization temperature, are made of higher temperature magnetic materials, namely NdFeB, SmCo, rare earth elements.
Количественная оценка термостабильности предлагаемых гибридных магнитов отражена на фиг. 7, 8. Для сравнения были выбраны три магнита: 1 - неодимовый магнит марки NdFeB42AH (с рабочей температурой до 230°С); 2 - неодимовый магнит марки N42H; 3 - гибридный магнит, собранный из магнитов марок NdFeB42H и S28G (SmCo28-NdFeB42H-SmCo28). Габаритные размеры испытуемых магнитов одинаковые и составляли 21×21×3.7 мм.The quantitative assessment of the thermal stability of the proposed hybrid magnets is shown in Fig. 7, 8. Three magnets were selected for comparison: 1 - a neodymium magnet of the NdFeB42AH brand (with an operating temperature of up to 230°C); 2 - a neodymium magnet of the N42H brand; 3 - a hybrid magnet assembled from magnets of the NdFeB42H and S28G brands (SmCo28-NdFeB42H-SmCo28). The overall dimensions of the tested magnets are the same and are 21×21×3.7 mm.
Методика испытаний состояла из 6 пунктов:The testing methodology consisted of 6 points:
1. Магниты намагничивались до насыщения в импульсном магнитном поле с амплитудой 5 Тл.1. The magnets were magnetized to saturation in a pulsed magnetic field with an amplitude of 5 T.
2. Измерялось магнитное потокосцепление с катушкой Гельмгольца Ψ0 магнитов после п. 1.2. The magnetic flux linkage with the Helmholtz coil Ψ0 of the magnets after point 1 was measured.
3. Магниты помещались в печь в составе замкнутого магнитопровода.3. The magnets were placed in a furnace as part of a closed magnetic circuit.
4. Магниты выдерживались в печи при температуре tn в течение 5 мин, после чего и извлекались из печи и выдерживались при нормальной температуре для охлаждения до температуры среды.4. The magnets were kept in the furnace at a temperature tn for 5 minutes, after which they were removed from the furnace and kept at normal temperature to cool to the ambient temperature.
5. Измерялось потокосцепление после нагрева Ψn-5.5. The flux linkage after heating Ψn-5 was measured.
6. Магниты повторно намагничивались до насыщения, и пп. 2-5 повторялись после выдержки в течение 10 мин, измерялось Ψn-10.6. The magnets were re-magnetized to saturation, and steps 2-5 were repeated after holding for 10 min, Ψn-10 was measured.
В результате испытаний определено:As a result of the tests it was determined:
1. При быстром нагреве магниты марки NdFeB42Н и гибридный магнит SmCo28-NdFeB42H-SmCo28 ведут себя практически одинаково;1. When heated rapidly, NdFeB42H magnets and the SmCo28-NdFeB42H-SmCo28 hybrid magnet behave almost identically;
2. У гибридного магнита падение потока менее резкое, в частности при нагреве до 240°С;2. The hybrid magnet has a less abrupt drop in flux, particularly when heated to 240°C;
3. Магнитный поток гибридного магнита после нагрева на 30% больше, чем у магнита марки NdFeB42H.3. The magnetic flux of the hybrid magnet after heating is 30% greater than that of the NdFeB42H magnet.
Из представленного следует, что в высоконагруженных СЭПМ, длительное время работающих при высоких температурах, применение гибридных магнитов наиболее актуально.It follows from the above that in highly loaded ECMs operating for a long time at high temperatures, the use of hybrid magnets is most relevant.
Склейку пластин осуществляют с использованием компаундов с относительной магнитной проницаемостью в 2-3 раза превышающей магнитную проницаемость вакуума, содержащих микрочастицы из магнитомягких материалов. Детали могут быть выполнены из композита, включающего магнитотвердые материалы, а также изотропные и анизотропные электротехнические стали или магнитомягкие магнитопласты. Химический состав подбирается расчетным путем с последующим экспериментальным подтверждением таким образом, чтобы обеспечить оптимальное требуемое значение температурных коэффициентов по остаточной магнитной индукции Br и коэрцитивной силе Hcj (см. фиг. 7, 8). Традиционный способ предполагает достижение минимальных значений температурных коэффициентов.The gluing of the plates is carried out using compounds with a relative magnetic permeability 2-3 times greater than the magnetic permeability of a vacuum, containing microparticles of soft magnetic materials. The parts can be made of a composite including hard magnetic materials, as well as isotropic and anisotropic electrical steels or soft magnetic plastics. The chemical composition is selected by calculation with subsequent experimental confirmation in such a way as to ensure the optimal required value of the temperature coefficients for the residual magnetic induction Br and the coercive force Hcj (see Fig. 7, 8). The traditional method assumes achieving minimum values of the temperature coefficients.
Заявленное устройство предполагает возможность использования магнитных элементов с управляемым и предсказуемым изменением температурных коэффициентов, благодаря контролю химического состава компонентов (см. таблицу 1).The claimed device assumes the possibility of using magnetic elements with controlled and predictable changes in temperature coefficients, thanks to control of the chemical composition of the components (see Table 1).
В ГОСТ 52956-2008 представлены ограничения на такие температурные зависимости магнитных параметров материалов как остаточная магнитная индукция Br и коэрцитивная сила по намагниченности Hcj. Относительные изменения параметров в диапазоне температур 293 К - 373 К зафиксированы как ΔBr×100/(Br×ΔТ) от -0.12 до -0.08%/K и ΔHcj×100/(Hcj×ΔТ) от -0.59 до -0.45%/K соответственно. Традиционно это делается для того, чтобы избежать большого размагничивания ПМ и обеспечить стабильность рабочих характеристик электромашины с ПМ на роторе. Однако для обеспечения данного уровня значений температурных коэффициентов невозможно использовать мишметалл PrNd, а необходимо добавление более дорогостоящего металлического Nd и еще более дорогого металлического диспрозия. Поскольку ПМ являются одним из наиболее затратных компонентов электромашины, то это существенно ограничивает область применения СЭПМ. Вместе с этим, с развитием высокооборотных машин появились дополнительные технические трудности. Отсутствие возможности управления величиной данных температурных коэффициентов приводит к трудностям при размагничивании роторов на высоких оборотах, увеличивает значение противо-ЭДС и затрудняет управление электромашиной.GOST 52956-2008 provides limitations on such temperature dependences of magnetic parameters of materials as residual magnetic induction Br and coercive force by magnetization Hcj. Relative changes in parameters in the temperature range of 293 K - 373 K are fixed as ΔBr×100/(Br×ΔТ) from -0.12 to -0.08%/K and ΔHcj×100/(Hcj×ΔТ) from -0.59 to -0.45%/K, respectively. Traditionally, this is done to avoid significant demagnetization of the PM and to ensure the stability of the operating characteristics of an electric machine with a PM on the rotor. However, to ensure this level of temperature coefficient values, it is impossible to use mischmetal PrNd, and it is necessary to add more expensive metallic Nd and even more expensive metallic dysprosium. Since PM are one of the most expensive components of an electric machine, this significantly limits the scope of application of SEPM. At the same time, with the development of high-speed machines, additional technical difficulties have appeared. The inability to control the value of these temperature coefficients leads to difficulties in demagnetizing rotors at high speeds, increases the value of the back-EMF and complicates the control of the electric machine.
Таким образом, необходимо прецизионное регулирование величины данных температурных коэффициентов, что и достигается предлагаемым техническим решением.Thus, precise regulation of the value of these temperature coefficients is necessary, which is achieved by the proposed technical solution.
В качестве примера реализации рассмотрена модель СЭПМ, ПМ в котором расположены на внешнем роторе.As an example of implementation, a model of the SEPM is considered, in which the PM is located on the outer rotor.
В модели учтены температурно-зависимые свойства постоянных магнитов марок NdFeB50H и SmCo35.The model takes into account the temperature-dependent properties of permanent magnets of the NdFeB50H and SmCo35 brands.
На фиг. 5а показаны модели СЭПМ с цельными магнитами, на фиг. 5б, 5в, 5г - с гибридными магнитами 5, 6 и 7, соответственно, где 5 - гибридный магнит SmCo35-N50H-SmCo35, 6 - гибридный магнит SmCo35-NdFeB50H-SmCo35-NdFeB50H-SmCo35, 7 - гибридный магнит NdFeB50H-SmCo35-NdFeB50H-SmCo35-NdFeB50H. Внешний диаметр СЭПМ составляет 280 мм, осевая длина - 65 мм, число зубцов - 54, полюсов - 48. Обмотка - дробно-зубцовая, число пазов на полюс и фазу - 3/8, число витков на зубце - 10, соединена звездой. Поперечные размеры цельных магнитов 4×12 мм (фиг. 5 а); гибридных магнитов фиг. 5: б) 4×4 мм, в) и г) 4×2,4 мм. Ток нагрузки 550 А, угол опережения 10 электрических градусов, частота 373,2 Гц.Fig. 5a shows the models of the SEPM with solid magnets, and Fig. 5b, 5c, 5d - with hybrid magnets 5, 6 and 7, respectively, where 5 is the SmCo35-N50H-SmCo35 hybrid magnet, 6 is the SmCo35-NdFeB50H-SmCo35-NdFeB50H-SmCo35 hybrid magnet, 7 is the NdFeB50H-SmCo35-NdFeB50H-SmCo35-NdFeB50H hybrid magnet. The outer diameter of the SEPM is 280 mm, the axial length is 65 mm, the number of teeth is 54, and the number of poles is 48. The winding is fractional-tooth, the number of slots per pole and phase is 3/8, the number of turns per tooth is 10, connected in a star. The transverse dimensions of solid magnets are 4×12 mm (Fig. 5 a); hybrid magnets Fig. 5: b) 4×4 mm, c) and d) 4×2.4 mm. Load current is 550 A, lead angle is 10 electrical degrees, frequency is 373.2 Hz.
Поскольку СЭПМ обладает симметрией, на фиг. 5 показана только 1/6 часть всей окружности моделей. Электромагнитные расчеты проведены с использованием метода конечных элементов, на боковых границах заданы граничные условия симметрии, на внешних границах - условия Дирихле, соответствующие нулевому значению векторного магнитного потенциала.Since the SEPM has symmetry, only 1/6 of the entire circumference of the models is shown in Fig. 5. Electromagnetic calculations were performed using the finite element method, with symmetry boundary conditions specified on the lateral boundaries and Dirichlet conditions corresponding to a zero value of the vector magnetic potential on the outer boundaries.
Для каждой модели был проведен расчет электромагнитного момента, при этом режим нагрузки для всех случаев задан одинаковым. Расчеты проводились при температурах магнитов 20°С, 120°С и 200°С. В результате получены зависимости момента от температуры магнитов для каждого из вариантов ротора (фиг. 6).For each model, the electromagnetic torque was calculated, with the load mode set to be the same for all cases. The calculations were performed at magnet temperatures of 20°C, 120°C and 200°C. As a result, the torque dependences on magnet temperature were obtained for each rotor variant (Fig. 6).
Из графиков следует, что в области температур 120°С выше рабочей температуры магнитов NdFeB50H, роторы с гибридными магнитами обеспечивают большее значение момента. Например, момент СЭПМ с гибридными магнитами Sm-Nd-Sm обеспечивает значение момента на 24% больше, чем СЭПМ с магнитами марки N50H. В области невысоких температур 20-120°С СЭПМ с гибридными магнитами обеспечивает значение момента на 5-8% выше, чем СЭПМ с магнитами марки SmCo35. Описанный положительный эффект достигается благодаря тому, что магниты марки SmCo35 намного более устойчивы к размагничиванию при высоких температурах, по сравнению с магнитами NdFeB50H.It follows from the graphs that in the temperature range of 120°C above the operating temperature of NdFeB50H magnets, rotors with hybrid magnets provide a higher torque value. For example, the torque of the EPDM with Sm-Nd-Sm hybrid magnets provides a torque value 24% higher than that of the EPDM with N50H magnets. In the low temperature range of 20-120°C, the EPDM with hybrid magnets provides a torque value 5-8% higher than that of the EPDM with SmCo35 magnets. The described positive effect is achieved due to the fact that SmCo35 magnets are much more resistant to demagnetization at high temperatures, compared to NdFeB50H magnets.
Фиг. 7, 8 - графики зависимости потокосцеплений магнитов от температуры и длительности нагрева. Видно, что гибридный магнит NdFeB42H/S28G обеспечивает необходимый уровень температурной зависимости потокосцепления в течение 5 и 10 мин при нагреве до 240°С.Fig. 7, 8 - graphs of the dependence of magnet flux linkages on temperature and heating duration. It is evident that the hybrid magnet NdFeB42H/S28G provides the required level of temperature dependence of flux linkage for 5 and 10 min when heated to 240°C.
Ниже приведены примеры гибридных магнитов для СЭПМ, выполненные в соответствии с данным изобретением. В качестве деталей в составе пакета использовались, в частности, неодимовые магниты (NdFeB) марок NdFeB50H (рабочая температура 120°С), NdFeB42H, NdFeB42SH (рабочая температура 140°С), а также самарий-кобальтовые магниты марок SmCo35, SmCo33, SmCo32 (рабочая температура 350°С).Below are examples of hybrid magnets for the EPSM, made in accordance with this invention. In particular, neodymium magnets (NdFeB) of the following brands were used as components in the package: NdFeB50H (working temperature 120°C), NdFeB42H, NdFeB42SH (working temperature 140°C), as well as samarium-cobalt magnets of the brands SmCo35, SmCo33, SmCo32 (working temperature 350°C).
ПРИМЕР 1EXAMPLE 1
1. Размеры деталей: длина, ширина, высота (толщина) 2×21×2 (мм).1. Dimensions of parts: length, width, height (thickness) 2×21×2 (mm).
2. Количество деталей в пакете - 3.2. Number of parts in the package - 3.
3. Состав материалов в пакете: SmCo35-N50H-SmCo35.3. Composition of materials in the package: SmCo35-N50H-SmCo35.
4. Материал клея: DELO® MONOPOX НТ2999, толщина склейки -15 мкм. Наполнитель склейки - микрочастицы из магнитомягких материалов состава MnO, 8ZnO, 2Fe2O4, 20% об.4. Adhesive material: DELO® MONOPOX HT2999, bonding thickness - 15 µm. Bonding filler - microparticles of soft magnetic materials of the composition MnO, 8ZnO, 2Fe 2 O 4 , 20% vol.
5. Полученные характеристики гибридного магнита Br=1.26 Тл, Нсв=951 кА/м, Hcj=2035 кА/м, (ВН)max=301 кДж/м3.5. The obtained characteristics of the hybrid magnet Br=1.26 T, Hcv=951 kA/m, Hcj=2035 kA/m, (BH)max=301 kJ/ m3 .
ПРИМЕР 2EXAMPLE 2
1. Размеры деталей: длина, ширина, высота (толщина) 5×21×3 (мм).1. Dimensions of parts: length, width, height (thickness) 5×21×3 (mm).
2. Количество деталей в пакете - 5.2. Number of parts in the package - 5.
3. Состав материалов в пакете: SmCo35-N50H-SmCo35-N50H-SmCo35.3. Composition of materials in the package: SmCo35-N50H-SmCo35-N50H-SmCo35.
4. Материал клея: марка ВТ-25-200 JCN В 6-06-5100-96, толщина склейки 5-10 мкм, наполнитель склейки - микрочастицы из магнитомягкого материала Fe3O4, 25% об.4. Adhesive material: brand BT-25-200 JCN B 6-06-5100-96, bonding thickness 5-10 µm, bonding filler - microparticles of soft magnetic material Fe 3 O 4 , 25% vol.
5. Полученные характеристики гибридных магнитов при Т=20°С, Br=1,22 Тл, Нсв=948 кА/м, Hcj=2030 кА/м, (ВН)max=293 кДж/м3.5. Obtained characteristics of hybrid magnets at T=20°C, Br=1.22 T, Hcv=948 kA/m, Hcj=2030 kA/m, (BH)max=293 kJ/ m3 .
ПРИМЕР 3EXAMPLE 3
1. Размеры деталей: длина, ширина, высота (толщина) 5×21×1,7 (мм).1. Dimensions of parts: length, width, height (thickness) 5×21×1.7 (mm).
2. Количество деталей в пакете - 5.2. Number of parts in the package - 5.
3. Состав материалов в пакете: N50H-SmCo35-N50H-SmCo35-N50H.3. Composition of materials in the package: N50H-SmCo35-N50H-SmCo35-N50H.
4. Материал клея: марка DELO® MONOPOX НТ2999, толщина склейки 10 мкм, наполнитель склейки - отсутствует.4. Adhesive material: DELO® MONOPOX HT2999 brand, bonding thickness 10 µm, adhesive filler - absent.
5. Полученные характеристики гибридных магнитов Br=1,18 Тл, Нсв=891 кА/м, Hcj=1991 кА/м, (ВН)max=278 кДж/м3.5. The obtained characteristics of hybrid magnets Br=1.18 T, Hcv=891 kA/m, Hcj=1991 kA/m, (BH)max=278 kJ/ m3 .
ПРИМЕР 4EXAMPLE 4
1. Размеры деталей: длина, ширина, высота (толщина) 1×10×1.5 (мм).1. Dimensions of parts: length, width, height (thickness) 1×10×1.5 (mm).
2. Количество деталей в пакете - 2.2. Number of parts in the package - 2.
3. Состав материалов в пакете: SmCo32-N42H.3. Composition of materials in the package: SmCo32-N42H.
4. Материал клея: DELO® MONOPOX НТ2999, толщина склейки 10 мкм, наполнитель склейки - микрочастицы из магнитомягких материалов: MnO, 8ZnO, 2Fe2O4, 20% об.4. Adhesive material: DELO® MONOPOX HT2999, bonding thickness 10 µm, bonding filler - microparticles of soft magnetic materials: MnO, 8ZnO, 2Fe 2 O 4 , 20% vol.
5. Полученные характеристики гибридных магнитов Br=1,18 Тл, Нсв=910 кА/м, Hcj=1790 кА/м, (ВН)max=265 кДж/м3.5. The obtained characteristics of hybrid magnets Br=1.18 T, Hcv=910 kA/m, Hcj=1790 kA/m, (BH)max=265 kJ/ m3 .
ПРИМЕР 5EXAMPLE 5
1. Размеры деталей: длина, ширина, высота (толщина) 5×10×5 (мм).1. Dimensions of parts: length, width, height (thickness) 5×10×5 (mm).
2. Количество деталей в пакете - 10.2. Number of parts in the package - 10.
3. Состав материалов в пакете:3. Composition of materials in the package:
SmCo35-N42SH-SmCo35-N42SH-SmCo35-N42SH-SmCo35-N42SH-SmCo35-N42SH.SmCo35-N42SH-SmCo35-N42SH-SmCo35-N42SH-SmCo35-N42SH-SmCo35-N42SH.
4. Материал клея: DELO® MONOPOX НТ2999, толщина склейки 12 мкм, наполнитель склейки - микрочастицы из магнитомягких материалов, MnO, 85ZnO, 15Fe2O4, 20% об.4. Adhesive material: DELO® MONOPOX HT2999, bonding thickness 12 µm, bonding filler - microparticles of soft magnetic materials, MnO, 85ZnO, 15Fe 2 O 4 , 20% vol.
5. Полученные характеристики гибридных магнитов Br=1,20 Тл, Нсв=950 кА/м, Hcj=2010 кА/м, (ВН)max=275 кДж/м3.5. The obtained characteristics of hybrid magnets Br=1.20 T, Hcv=950 kA/m, Hcj=2010 kA/m, (BH)max=275 kJ/ m3 .
ПРИМЕР 6EXAMPLE 6
1. Размеры деталей: длина, ширина, высота (толщина) 5×21×2 (мм).1. Dimensions of parts: length, width, height (thickness) 5×21×2 (mm).
2. Количество деталей в пакете - 3.2. Number of parts in the package - 3.
3. Состав материалов в пакете: SmCo33-NdFeB50H-SmCo33.3. Composition of materials in the package: SmCo33-NdFeB50H-SmCo33.
4. Материал клея: DELO® MONOPOX НТ2999, толщина склейки - 15 мкм. Наполнитель склейки - микрочастицы из магнитомягких материалов состава MnO, 8ZnO, 2Fe2O4, 20% об.4. Adhesive material: DELO® MONOPOX HT2999, bonding thickness - 15 µm. Adhesive filler - microparticles of soft magnetic materials of the composition MnO, 8ZnO, 2Fe 2 O 4 , 20% vol.
5. Полученные характеристики гибридного магнита Br=1.23 Тл, Нсв=950 кА/м, Hcj=2055 кА/м, (ВН)max=285 кДж/м3.5. The obtained characteristics of the hybrid magnet Br=1.23 T, Hcv=950 kA/m, Hcj=2055 kA/m, (BH)max=285 kJ/ m3 .
6. Покрытие - Ni/Cu/Ni.6. Coating - Ni/Cu/Ni.
ПРИМЕР 7EXAMPLE 7
1. Размеры деталей: длина, ширина, высота (толщина) 5×21×2.5 (мм).1. Dimensions of parts: length, width, height (thickness) 5×21×2.5 (mm).
2. Количество деталей в пакете - 5.2. Number of parts in the package - 5.
3. Состав материалов в пакете: SmCo33-NdFeB50H-SmCo33-NdFeB50H-SmCo33.3. Composition of materials in the package: SmCo33-NdFeB50H-SmCo33-NdFeB50H-SmCo33.
4. Материал клея: марка ВТ-25-200 JCN В 6-06-5100-96, толщина склейки 5-10 мкм, наполнитель склейки - микрочастицы из магнитомягкого материала Fe3O4, 25% об.4. Adhesive material: brand BT-25-200 JCN B 6-06-5100-96, bonding thickness 5-10 µm, bonding filler - microparticles of soft magnetic material Fe 3 O 4 , 25% vol.
5. Полученные характеристики гибридных магнитов при Т=20°С, Br=1,22 Тл, Нсв=938 кА/м, Hcj=2061 кА/м, (ВН)mах=289 кДж/м3.5. Obtained characteristics of hybrid magnets at T=20°C, Br=1.22 T, Hcv=938 kA/m, Hcj=2061 kA/m, (BH)max=289 kJ/ m3 .
6. Покрытие - твердая эпоксидная смола H6.6. Coating - hard epoxy resin H6.
ПРИМЕР 8EXAMPLE 8
1. Размеры деталей: длина, ширина, высота (толщина) 5×21×3 (мм).1. Dimensions of parts: length, width, height (thickness) 5×21×3 (mm).
2. Количество деталей в пакете - 7.2. Number of parts in the package - 7.
3. Состав материалов в пакете: SmCo33-NdFeB50H-SmCo33-NdFeB50H-SmCo33-NdFeB50H- SmCo33.3. Composition of materials in the package: SmCo33-NdFeB50H-SmCo33-NdFeB50H-SmCo33-NdFeB50H- SmCo33.
4. Материал клея: марка DELO® MONOPOX НТ2999, толщина склейки 10 мкм,4. Adhesive material: DELO® MONOPOX HT2999, bonding thickness 10 µm,
наполнитель склейки - отсутствует.adhesive filler - absent.
5. Полученные характеристики гибридных магнитов Br=1,24 Тл, Нсв=930 кА/м, Hcj=2070 кА/м, (ВН)mах=293 кДж/м3.5. The obtained characteristics of hybrid magnets Br=1.24 T, Hcv=930 kA/m, Hcj=2070 kA/m, (BH)max=293 kJ/ m3 .
6. Покрытие - Ni/Cu/Ni.6. Coating - Ni/Cu/Ni.
ПРИМЕР 9EXAMPLE 9
1. Размеры деталей: длина, ширина, высота (толщина) 10×10×3 (мм).1. Dimensions of parts: length, width, height (thickness) 10×10×3 (mm).
2. Количество деталей в пакете - 3.2. Number of parts in the package - 3.
3. Состав материалов в пакете: SmCo32-NdFeB42H- SmCo32.3. Composition of materials in the package: SmCo32-NdFeB42H- SmCo32.
4. Материал клея: DELO® MONOPOX НТ2999, толщина склейки 10 мкм, наполнитель склейки - микрочастицы из магнитомягких материалов: MnO, 8ZnO, 2Fe2O4, 20% об.4. Adhesive material: DELO® MONOPOX HT2999, bonding thickness 10 µm, bonding filler - microparticles of soft magnetic materials: MnO, 8ZnO, 2Fe 2 O 4 , 20% vol.
5. Полученные характеристики гибридных магнитов Br=1,18 Тл, Нсв=933 кА/м, Hcj=1882 кА/м, (ВН)mах=284 кДж/м3.5. The obtained characteristics of hybrid magnets Br=1.18 T, Hcv=933 kA/m, Hcj=1882 kA/m, (BH)max=284 kJ/ m3 .
6. Покрытие - твердая эпоксидная смола H6.6. Coating - hard epoxy resin H6.
ПРИМЕР 10EXAMPLE 10
1. Размеры деталей SmCo33: длина, ширина, высота (толщина) 5×10×2 (мм).1. Dimensions of SmCo33 parts: length, width, height (thickness) 5×10×2 (mm).
Размеры деталей SmCo32: длина, ширина, высота (толщина) 5×10×2,5 (мм).Dimensions of SmCo32 parts: length, width, height (thickness) 5×10×2.5 (mm).
Размеры деталей NdFeB42SH: длина, ширина, высота (толщина) 5×10×2,5 (мм).Dimensions of NdFeB42SH parts: length, width, height (thickness) 5×10×2.5 (mm).
Размеры деталей NdFeB42H: длина, ширина, высота (толщина) 5×10×2 (мм).Dimensions of NdFeB42H parts: length, width, height (thickness) 5×10×2 (mm).
2. Количество деталей в пакете - 9.2. Number of parts in the package - 9.
3. Состав материалов в пакете:3. Composition of materials in the package:
SmCo35-NdFeB42SH-SmCo33-NdFeB42H-SmCo32-NdFeB42SH-SmCo33-N42SH-SmCo35.SmCo35-NdFeB42SH-SmCo33-NdFeB42H-SmCo32-NdFeB42SH-SmCo33-N42SH-SmCo35.
4. Материал клея: DELO® MONOPOX НТ2999, толщина склейки 12 мкм, наполнитель склейки - микрочастицы из магнитомягких материалов, MnO, 85ZnO, 15Fe2O4, 20% об.4. Adhesive material: DELO® MONOPOX HT2999, bonding thickness 12 µm, bonding filler - microparticles of soft magnetic materials, MnO, 85ZnO, 15Fe 2 O 4 , 20% vol.
5. Полученные характеристики гибридных магнитов Br=1, 21 Тл, Нсв=945 кА/м, Hcj=1850 кА/м, (ВН)mах=285 кДж/м3.5. The obtained characteristics of hybrid magnets Br=1.21 T, Hcv=945 kA/m, Hcj=1850 kA/m, (BH)max=285 kJ/ m3 .
6. Покрытие - фосфатирование.6. Coating - phosphating.
ПРИМЕР 11EXAMPLE 11
1. Размеры деталей SmCo33: длина, ширина, высота (толщина) 10×10×3 (мм).1. Dimensions of SmCo33 parts: length, width, height (thickness) 10×10×3 (mm).
Размеры деталей Fe16N2: длина, ширина, высота (толщина) 10×10×1 (мм).Dimensions of Fe16N2 parts: length, width, height (thickness) 10×10×1 (mm).
2. Количество деталей в пакете - 3.2. Number of parts in the package - 3.
3. Состав материалов в пакете: SmCo33-Fe16N2-SmCo33.3. Composition of materials in the package: SmCo33-Fe16N2-SmCo33.
4. Материал клея: DELO® MONOPOX НТ2999, толщина склейки 10 мкм.4. Adhesive material: DELO® MONOPOX HT2999, bonding thickness 10 µm.
5. Полученные характеристики гибридных магнитов Br=1, 21 Тл, Нсв=912 кА/м, Hcj=1520 кА/м, (ВН)mах=262 кДж/м3.5. The obtained characteristics of hybrid magnets Br=1.21 T, Hcv=912 kA/m, Hcj=1520 kA/m, (BH)max=262 kJ/ m3 .
6. Покрытие - фосфатирование.6. Coating - phosphating.
Таким образом, по результатам приведенных примеров реализации изобретения следует, что гибридные магниты позволяют объединить положительные качества магнитов NdFeB50H, SmCo35, SmCo33 и SmCo32 и получить прирост момента СЭПМ в широком диапазоне температур, без использования тербия и диспрозия.Thus, based on the results of the given examples of the invention implementation, it follows that hybrid magnets make it possible to combine the positive qualities of NdFeB50H, SmCo35, SmCo33 and SmCo32 magnets and obtain an increase in the moment of the SEM in a wide temperature range, without using terbium and dysprosium.
Claims (10)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PCT/RU2024/050299 WO2025110902A1 (en) | 2023-11-22 | 2024-11-21 | Method for forming a hybrid magnetic element for the rotor of an electric machine |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2845615C1 true RU2845615C1 (en) | 2025-08-25 |
Family
ID=
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2493628C1 (en) * | 2012-07-17 | 2013-09-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук | Production method of heat-resistant rare-earth magnets |
| CN105449967B (en) * | 2015-12-21 | 2017-11-03 | 哈尔滨工业大学 | Composite poles formula built-in radial V-type permagnetic synchronous motor |
| US10714988B2 (en) * | 2017-08-24 | 2020-07-14 | Uchicago Argonne, Llc | Permanent magnet design to enable higher magnetic flux density |
| RU2783857C1 (en) * | 2022-01-19 | 2022-11-21 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Ампермагнит" | Method for manufacturing segmented permanent magnets from off-conditional magnetic hard sintered raw |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2493628C1 (en) * | 2012-07-17 | 2013-09-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук | Production method of heat-resistant rare-earth magnets |
| CN105449967B (en) * | 2015-12-21 | 2017-11-03 | 哈尔滨工业大学 | Composite poles formula built-in radial V-type permagnetic synchronous motor |
| US10714988B2 (en) * | 2017-08-24 | 2020-07-14 | Uchicago Argonne, Llc | Permanent magnet design to enable higher magnetic flux density |
| RU2783857C1 (en) * | 2022-01-19 | 2022-11-21 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Ампермагнит" | Method for manufacturing segmented permanent magnets from off-conditional magnetic hard sintered raw |
| RU2827925C1 (en) * | 2023-11-22 | 2024-10-03 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Амт" | Method of forming hybrid magnetic element for electric machine rotor, which is resistant to irreversible demagnetization under conditions of overheating |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN1825737B (en) | permanent magnet type rotary machine | |
| Calin et al. | Temperature influence on magnetic characteristics of NdFeB permanent magnets | |
| US10714988B2 (en) | Permanent magnet design to enable higher magnetic flux density | |
| JP2009153356A (en) | Self-starting permanent magnet synchronous motor | |
| JP4697736B2 (en) | Magnetization method of permanent magnet | |
| CN109385577A (en) | A process for preparing permanent magnet material and permanent magnet motor | |
| Kwon et al. | Prospect of developing Nd–Fe–B-type magnet with high electrical resistivity | |
| Fernandez et al. | Influence of PM coating on PM magnetization state estimation methods based on magnetoresistive effect | |
| JP2940048B2 (en) | Permanent magnet magnetization method | |
| EP1178501B1 (en) | Inductance component having a permanent magnet in the vicinity of a magnetic gap | |
| RU2845615C1 (en) | Hybrid magnetic element for electric machine rotor resistant to irreversible demagnetization under overheating conditions | |
| JP4343281B2 (en) | Reluctance motor | |
| RU2827925C1 (en) | Method of forming hybrid magnetic element for electric machine rotor, which is resistant to irreversible demagnetization under conditions of overheating | |
| Harris et al. | Rare-earth magnets: properties, processing and applications | |
| Zhilichev | Analysis of Permanent Magnet Demagnetization Accounting for Minor $ B\hbox {–} H $ Curves | |
| WO2025110902A1 (en) | Method for forming a hybrid magnetic element for the rotor of an electric machine | |
| JPS6076110A (en) | Assembling and magnetizing method for magnetic circuit | |
| Curiac et al. | Prospects for magnetization of large PM rotors: conclusions from a development case study | |
| de Campos et al. | Replacement of NdFeB by ferrite magnets | |
| Sato et al. | Expansion of motor high-efficiency area by inserting magnetic composite material into rotor | |
| de Campos et al. | Hysteresis Modelling and Coercivity Mechanisms in Hard Ferrites | |
| JP2015012038A (en) | Rare earth-iron based bond permanent magnet | |
| Bashir et al. | Effect of Temperature on Magnetic Characteristics of NdFeB Alloy | |
| Chen et al. | New series of Sm2TM17 magnet materials for applications at temperatures up to 550 C | |
| Yoneyama et al. | High performance RFeCoZrB bonded magnets having low Nd content |