Gépészet | Felsőoktatás » Állandómágnesek alkalmazása villamos gépek mágneses körében

2. ÁLLANDÓMÁGNESEK ALKALMAZÁSA VILLAMOS GÉPEK MÁGNESES KÖRÉBEN 2.1 AZ ELEKTROMÁGNESSEL ÉS AZ ÁLLANDÓMÁGNESSEL GERJESZTETT VILLAMOS GÉPEK ÖSSZEHASONLÍTÁSA A közép és a nagyteljesítményű gépek jelenleg szinte kizárólagosan elektromágneses gerjesztéssel készülnek. A kis teljesítményű gépekben (amelyek nagy része a különleges villamos gépek közé sorolható) ugyanakkor gyakran állandómágnesekkel hozzák létre a szükséges fluxust. Az állandómágneses gépek gyakorlatilag nem igényelnek karbantartást, igen jó az üzembiztonságuk, ezért az állandómágneseket kezdetben a hadi- és űrtechnikában használt villamos gépekbe építették. A kutatások eredményei a 60-as évek elején kerültek nyilvánosságra, másrészt a technológia fejlődése, az ár csökkenése is erre az időre esik, ezzel magyarázható a gyors ipari elterjedés. A jelenlegi felhasználás szempontjából külön ki kell emelnünk az autóipart (ferritmágnesű

ablaktörlő-, ablakemelő-, ülésállító motorok stb.) Még mielőtt a két gerjesztési módot összehasonlítanánk, bevezetésként meg kell jegyeznünk, hogy az állandómágnes csak ott alkalmazható, ahol nem kell változtatnunk a fluxust, és az eredő térerősség működés közben nem csökken egy adott érték alá (amelyről később még részletesebben is szólunk), vagyis a mágnes lemágnesezése elkerülhető. Az állandómágnesek felhasználásának a következő főbb előnyei vannak: − − − Nincs gerjesztési veszteség, javul a hatásfok. A gerjesztőtekercs hiányából adódó előnyök különösen kis teljesítményű gépeknél jelentősek, itt ugyanis a gerjesztőtekercs mérete, ill. vesztesége a gép térfogatához, ill veszteségéhez viszonyítva nagy Kis gépeknél a hatásfok 1520%-kal is nőhet; Csökken a rézfelhasználás, nincs szükség a sok kézimunkát igénylő pólusgyártásra; Elektromágneses gerjesztésnél

gerjesztésszabályozás nélkül a tekercs melegedésével csökken a gerjesztés, ezzel szemben állandómágnes alkalmazása esetén az üzemi hőmérséklettartományban kevésbé változik; 2. ÁLLANDÓMÁGNESEK ALKALMAZÁSA A VILLAMOS GÉPEK MÁGNESES KÖRÉBEN − − − − − − − Az állandómágnes a fluxus csökkenésekor a lemágnesezési karakterisztika mentén "automatikusan" nö veli a térerősséget, megakadályozva ezzel a fluxus további csökkenését; Az állandómágnesekkel nagyobb nyomaték/tehetetlenségi nyomaték (M/J) viszony érhető el, így jobbak a szabályozási tulajdonságok; A gerjesztési veszteség hiánya miatt csökken a tömeg és a méret (a hűtésre kisebb gondot kell fordítani); Nincs gerjesztéskimaradás (megszaladási problémák), nagyobb az üzembiztonság; Kisebb az üzemeltetési költség; Magas fordulatszámú motorokban is alkalmazhatók; Kisebb a zaj. Az állandómágnesek alkalmazásának hátrányai: −

Nincs lehetőség üzem közben a gerjesztés megváltoztatására (pl. mezőgyengítésre); − Az állandómágnesek jelenleg még nem gyárthatók (technológiai okokból) tetszőleges méretben, így a nagyobb nyomatékot csak a hossz növelésével érhetjük el; − A nagy koercitív erejű ritkaföldfém mágnesek még jelenleg is drágák, a felhasználásukkal készített villamos gépek nem mindig versenyképesek; − A mágnesek ridegek, utólagos megmunkálásuk csak köszörüléssel végezhető. Az állandómágnessel gerjesztett gépek teljesítménytartománya jelenleg kb. 1 W.50 kW-ig terjed 2.2 ÁLLANDÓMÁGNESEK JELLEMZŐI ÉS FELMÁGNESEZÉSE 2.21 Az állandómágnesek jellemző adatai A mágnesanyagok hiszterézishurkát a mágneses térerősség (Hm) függvényében ábrázoljuk. Az 21a ábrán felrajzolt normál (megszokott) hiszterézishurok a levegőben (teljesen nyitott mágneses körben) elhelyezett mágnes Bm indukcióját mutatja a külsőleg

kényszerített Hm térerősség függvényében. Ebben az esetben a µ 0 ⋅ H m egyenes a szórás miatti lemágnesezést (ill. gerjesztés-többletet) mutatja, míg a b ábra a mágnes által kifejtett teljes Jm mágneses polarizációt ábrázolja. Az indukció és a belső polarizáció a következő kapcsolatban vannak egymással: Bm = µ 0 ⋅ H m + J . (2.1) A beépített, felmágnesezett állandómágnes munkapontja a gép üzemelésekor a mágnesezési jelleggörbe lemágnesezési szakaszán lesz (lásd pl. üresjárásban az A- 2.2 2. ÁLLANDÓMÁGNESEK ALKALMAZÁSA A VILLAMOS GÉPEK MÁGNESES KÖRÉBEN Jm Bm Lemágnesezési görbe Br Szűzgörbe Bm = μ 0 ⋅ H m Hc Hm HcJ a) Szűzgörbe Lemágnesezési görbe Js Telítési polarizáció Jr = B r Hc HcJ Hm b) 2.1 ábra A mágnesezési (hiszterézis) hurkok jellemzőinek értelmezése pontot az 2.2 ábrán) Ezért az állandómágnes minősítése szempontjából a lemágnesezési jelleggörbe

jellemzői a legfontosabbak Ezek: − Remanencia (visszamaradó) indukció (Br). Az az indukció, amely zérus térerősséghez tartozik a mágnesben (Hm=0) Minél nagyobb ez az érték, annál nagyobb lesz a gép fluxusa és ezzel együtt indukált feszültsége. A gépből kivehető teljesítmény arányos a remanencia indukció értékével; − Koercitív erő (Hc ). Az a lemágnesező térerő, amely zérusra csökkenti az indukciót a nyitott mágneses körben elhelyezett mágnesben Az egyenáramú gépeknél a pólusívre eső armatúrareakció (θad ) a pólussarú egyik szélén a pólusgerjesztés (vagyis az állandómágnes által képviselt gerjesztés) ellen dolgozik, az állandómágnest le akarja mágnesezni. Ezért nagyon lényeges, hogy a mágnes koercitív ereje minél nagyobb legyen; − Belső koercitív erő (HcJ). Az a lemágnesező térerő, amely zérusra csökkenti a belső (saját) mágneses polarizációt a mágnesben; − A mágnes energiatartalma [( Bm ⋅

H m ) szorzat]. Az 22 ábrába berajzoltuk a ( Bm ⋅ H m ) szorzat változását. A mágnesanyag egyik jellemzője a mágnes maximális energiatartalma [( Bm ⋅ H m )max] Optimálisnak nevezzük azt a munkapontot, ahol az energiatartalom maximális. Általában igaz, hogy a nagy remanens indukciójú mágnesnek kisebb a koercitív ereje és fordítva; − Kezdeti permeabilitás (µ k ). A lemágnesezési görbe kezdeti (a Br remanencia indukcióhoz tartozó) szakaszának iránytangense; − Reverzibilis-, vagy munkapermeabilitás (µ r vagy µ m). Az állandómágnesű gépet terhelve az első lemágnesező gerjesztés hatására a munkapont A-ból B-be kerül (2.2 ábra) A terhelést megszüntetve a lemágnesező gerjesztés megszűnik, a „felmágnesezés” azonban a mágnesezési görbe felszálló ágán történik (B⇒C), így helyi hiszterézishurok alakul ki. Kis változásoknál a helyi hiszterézishurok egyenessé fajul, ennek az egyenesnek az iránytangense a

reverzibilis permeabilitás, vagy más néven munkapermeabilitás. Ha − és ez az általános eset 2.3 2. ÁLLANDÓMÁGNESEK ALKALMAZÁSA A VILLAMOS GÉPEK MÁGNESES KÖRÉBEN Bm Br µk = µm A µk C D B E ( Bm ⋅ H m ) max ( Bm ⋅ H m ) Hm Hc Hk 2.2 ábra Az állandómágnes lemágnesezési karakterisztikája − a µ k kezdeti permeabilitás nem egyezik meg a munkapermeabilitással ( µ m értéke kisebb), akkor a gép nem áll vissza az eredeti üresjárási munkapontba, hanem a gép fluxusa csökken, az új üresjárási munkapont a C lesz. Újabb, az előzővel azonos, vagy annál kisebb terhelés hatására a le- és a felmágnesezés a helyi hiszterézishurkok alapján történik (C⇒B⇒C és pl. C⇒D⇒C) További fluxuscsökkenés csak a kiindulásinál nagyobb armatúrareakció hatására következik be. A továbbiakban azt a közelítést fogjuk használni, hogy a munkapont a µ m által meghatározott egyenesen (munkaegyenes) mozog abban az esetben,

ha a munkaegyenes stabilizálásakor alkalmazott lemágnesezésnél nagyobb az üzem közben nem lép fel; − A lemágnesezési jelleggörbe könyök(határoló) pontja. A lemágnesezési jelleggörbének az a pontja, amelynél nagyobb lemágnesezést alkalmazva már visszafordíthatatlan lesz a lemágnesezés (Hk térerősség, ill. az E pont az 22 ábrában); − Curie-hőmérséklet: az a hőmérséklet, ahol jelentős metallográfiai változások indulnak meg a mágnesben (a hőmérsékletet a Curie-hőmérséklet fölé emelve a mágnes lemágneseződik). A terhelési állapottól függetlenül a villamos gépekbe épített állandómágnesek munkapontját még a további tényezők befolyásolják: − Szerkezeti öregedés. Az idő múlásával az állandómágnesben irreverzibilis fémszerkezettani változások lépnek fel, amelyek az indukció csökkenését eredményezik. A változások jellegéről és nagyságáról mutat be minőségi képet 2.4 2. ÁLLANDÓMÁGNESEK

ALKALMAZÁSA A VILLAMOS GÉPEK MÁGNESES KÖRÉBEN Relatív fluxusváltozás %-ban t, óra 2.3 ábra A mágnes relatív (Koermax 200, gyártó: Krupp) fluxusváltozása az idő függvényében (paraméter a hőmérséklet) az 2.3 ábra A fluxusváltozás csökkenthető a beépítés előtti mesterséges „öregbítéssel”; − A hőmérséklet változása. A hőmérséklet növekedésével a mágnesanyagok által a mágneses körben létrehozott fluxus általában csökken, a csökkenés mértéke a mágnesanyag hőmérsékleti tényezőjétől függ (lásd ezzel kapcsolatban az 2.3 ábrát és az 2.1 táblázatot); − A légrésindukció irreverzibilis csökkenését okozhatják a mágnest érő mechanikai hatások, ütések, amelyek ellen általában robusztus kivitellel szoktak védekezni. 2.22 Az állandómágnesek felmágnesezése A villamos gépekben alkalmazott mágneseket vagy a mágnesgyártás során, vagy a beépítés után mágnesezik fel. A felmágnesezés úgy

történik, hogy rövid ideig a telítésnek megfelelő gerjesztést létrehozó egyenáramot folyatnak át a felmágnesező tekercsen. A gyakorlatban ezt úgy oldják meg, hogy egy nagy (mF nagyságrendű kapacitású) elektrolit kondenzátort feltöltenek, amelyet egy tirisztor segítségével a felmágnesező tekercsen keresztül sütnek ki (2.4 ábra) A nagy koercitív erejű mágneseket általában felmágnesezve építik be, mert ebben az esetben kicsi a lemágnesezés valószínűsége, másrészt nagy lenne a felmágnesező tekercs helyszükséglete. Felmágnesezve a gépgyártás nehezebb, a mágnes fémrészeket vonz magához, lemágnesezést elkerülő tárolást kell biztosítani a beépítésig, a forgórész befűzésénél el kell kerülni a „berántást”. Felmágnesezett mágnes beépítésénél a felmágnesező tekercs nem foglal helyet, kisebb lehet a gép mérete. 2.5 2. ÁLLANDÓMÁGNESEK ALKALMAZÁSA A VILLAMOS GÉPEK MÁGNESES KÖRÉBEN Mágnesanyag +

Felmágnesező tekercs 2.4 ábra A felmágnesező elvi felépítése Az utólagos felmágnesezés a készre szerelt gépen történik. Felmágnesezés után a felmágnesező tekercset rövidrezárják, így az bizonyos védelmet nyújt a rövid időtartamú lemágnesező gerjesztésekkel szemben. A felmágnesező tekercset csak a felmágnesezési időtartamra kell méretezni, ezzel szemben az állórészt a felmágnesezés során fellépő, az üzeminél nagyobb fluxusra. Előnynek számít, hogy a felmágnesezés utólagosan többször is elvégezhető 2.3 ÁLLANDÓMÁGNESEK GYÁRTÁSTECHNOLÓGIÁJA ÉS LEMÁGNESEZÉSI KARAKTERISZTIKÁI Az 2.5 ábra mutatja az állandómágnes-anyagok maximális energiatartalmának ( Bm ⋅ H m ) max fej1ődését az 1900-as évektől kezdve [ÁLLMÁGN1]. A jelleggörbéből megállapítható, hogy az energiatartalom fejlődése exponenciális volt, ami az állandómágnesek fontosságát mutatja. Energiatartalom kJ/m3 Nd-Fe-B Sm2Co17 (Sm,Pr)Co5

Sm-Co5 AlNiCo PtCo AlNiCo Co-acél W-acél 1900 1920 PtCo Sr-ferrit AlNiCo 1940 1960 1980 Év 2000 2.5 ábra A mágnes energiatartalmának ( B m ⋅ H m ) max fejlődése 1900-tól 2.6 2. ÁLLANDÓMÁGNESEK ALKALMAZÁSA A VILLAMOS GÉPEK MÁGNESES KÖRÉBEN ÁLLANDÓMÁGNESEK Fémes alapanyagú mágnesek Acélmágnesek AlNiCo mágnesek Oxid alapú mágnesek Izotróp Gumi vagy műanyag kötőanyagú mágnesek Anizotróp Ritkaföldfém mágnesek Öntészeti úton előállított (kis vagy közepes koercitív erejű mágnesek) Izotróp Anizotróp Porkohászati úton előállított (nagy koercitív erejű mágnesek) Izotróp Pt-Co Sm-Co Nd-Fe-B Anizotróp 2.6 ábra Az állandómágnes anyagok csoportosítása A jelenleg használt állandómágneseket két nagy csoportba oszthatjuk: a fémes alapanyagú mágnesekre és oxid alapanyagú (ferrit) mágnesekre. A fémes alapanyagú mágnesek közül a legfontosabbak az AlNiCo típusú mágnesek, valamint a

különböző ritkaföldfémeket tartalmazó mágnesek. A villamos gépek mágneses körében használt mágnesanyagok egy lehetséges csoportosítását az 26 ábrában adtuk meg A mágnesanyagok a gyártástechnológiától függően (pl.: irányított öntés) minden irányban azonos mágneses tulajdonságokkal (izotróp mágnesek), vagy irányfüggő mágneses tulajdonságokkal (anizotróp mágnesek) rendelkezhetnek. Az irányított szemcsézetű mágnesekkel nagyobb remanens indukció érhető el. 2.31 Oxid alapanyagú (ferrit) mágnesek A ferrit mágneseknél a vason kívül kétféle elemet alkalmaznak ötvözőként: a báriumot (Ba), vagy stronciumot (Sr). A mágneseket porkohászati úton állítják elő. Az előállítás során az alapanyagok egy része báriumferitté (BaFe12 O19 ), vagy stronciumferritté (SrFe12 O19 ) alakul át, ezért ezeket a mágneseket oxidmágnesként is emlegetik. A megfelelő arányban előkészített (hőkezelt) anyagokat porrá őrlik, és

vízzel keverve a kerámiákhoz hasonlóan, a kívánt alakú formákba préselik. A préselés mágneses térben, viszonylag nagy nyomáson történik, hogy minél kevesebb kötőanyagot (vizet) legyen szükséges felhasználni. Így csökkenthető a szárításnál (előégetésnél) bekövetkező zsugorodás, méretváltozás. Az előégetést esetenként követheti némi mérettartást elősegítő mechanikai megmunkálás (forgácsolás, köszörülés), bár az előégetett kerámia mágnesek még rendkívül sérülékenyek. Az előégetés után 1150°C.1250°C-on történik az alkotóelemek „összeégetése”, a szinterezés. Ekkor nyeri el végleges keménységét és szilárdságát a mágnes Szigorúbb mérettűrésű mágneseket ezt követően köszörülik névleges méretre. A 2.7 2. ÁLLANDÓMÁGNESEK ALKALMAZÁSA A VILLAMOS GÉPEK MÁGNESES KÖRÉBEN Bm , mT Hm , kA/m 2.7 ábra Ferrit mágnesek (Koerox típussorozat, gyártó Krupp) lemágnesezési

jelleggörbéi ferrit mágneseket a gyártó cég a megrendelő kívánságának megfelelően felmágnesezett, vagy mágnesezetlen állapotban szállítja. Az 2.7 ábrán ferrit mágnesek (Krupp Koerox típussorozat) lemágnesezési jelleggörbéit láthatjuk Érdekessége a jelleggörbéknek a felső egyenes szakasz, amelynek meredeksége µ r = 1 (a levegő permeabilitása) nagyságrendjébe esik Ha a lemágnesező térerősség nem csökkenti az állandómágnes indukcióját az egyenes szakasz alá (a mágnes munkapontja az egyenes szakaszon marad), akkor a lemágnesező térerősség megszűntével a mágnes gyakorlatilag visszanyeri remanens indukcióját. A diagramba szaggatott vonallal berajzoltuk a teljesen nyitott mágneses(kör) munkapontját meghatározó egyenest Az ábrából látható, hogy a mágnesanyagok könyökpontja mindegyik mágnestípusnál az egyenes szakaszon maradt (a könyökpontoktól jobbra helyezkedik el), ezért ezek a mágnestípusok nyitott mágneses

körrel szállíthatók. A ferrit mágnesek indukciója, és ezzel együtt a jelleggörbe lineáris szakasza a hőmérséklet növekedésével csökken. A csökkenés mértéke 50 °C hőmérsékletemelkedés hatására kb 10% Érdekes jelenség, hogy a hőmérséklet csökkenésével a line- 2.8 2. ÁLLANDÓMÁGNESEK ALKALMAZÁSA A VILLAMOS GÉPEK MÁGNESES KÖRÉBEN Bm ,mT Hm , kA/m Koerox 420 típus, Gyártó: Krupp) 2.8 ábra Ferrit mágnes lemágnesezési jelleggörbéjének hőfokfüggése áris szakasz (az indukció) emelkedik ugyan, de a könyökponti térerősség csökken, 50°C hatására kb. 20%-kal (Van például olyan ferrit mágnes típus, melynek nyitott mágneskörű munkapontja -45°C hőmérsékleten a könyökpontba kerül. Erre példa az 2.8 ábrán megadott hőmérsékletfüggésű Krupp Koerox 420 típus, amely indukciója a felmelegítés után nem fogja visszanyerni szobahőmérsékleti értékét. A ferrit mágnesek folyamatosan fejlődtek 1953-ban

történt bemutatásuk óta. Elmondható róluk, hogy elérték az elmélet alapján elvárható tulajdonságaik maximumát és jelenleg a legjobb ár/teljesítmény viszonyt adják. 2.32 Fémes alapanyagú mágnesek A W-acél és a Co-acél mágneseket ritkán alkalmazzák olyan motorokban, ahol a mágnes a légrésben helyezkedik el, mivel erősen nemlineáris a karakterisztikájuk és kis koercitív erejük miatt könnyen lemágnesezhetők. 2.321 Alumínium – Nikkel – Kobalt (AlNiCo) típusú mágnesek Az AlNiCo (meghatározó alapanyagok az alumínium, a nikkel és a kobalt) mágnesek szokásos összetétele (Koerzit típussorozat, gyártó Krupp): Al, % Ni, % Co, % Cu, % Nb, % Ti, % Fe, % 613 1318 042 26 03 09 Maradék 2.9 2. ÁLLANDÓMÁGNESEK ALKALMAZÁSA A VILLAMOS GÉPEK MÁGNESES KÖRÉBEN Az AlNiCo mágnesek két gyártástechnológiája alakult ki: az öntési és a szinterezési technológia. Általában öntési technológiával készülnek az

izotróp, szinterezési technológiával pedig az anizotróp AlNiCo mágnesek. Az öntési technológiánál a megfelelően arányított elemeket középfrekvenciás hevítéssel 14001500 °C-on megolvasztják, majd finomöntéssel formába öntik. Ezután 12001300 °C-on homogenizálás következik. Ezt követően a formába öntött anyagot 120 perc alatt 1300 °C-ról 600 °C-ra hűtik le, majd egy 120 óráig tartó megeresztés következik 550700 °C-on. A kész mágneseket ezután szeletelik, mágnesezik és ellenőrzik. A szinterezési technológiánál a megfelelően arányított elemeket porrá őrlik, majd 510 kbar nyomással a kívánt alakú formába sajtolják. Ezután történik az anyagok összeégetése, vagyis a szinterezés védőgáz atmoszférában vagy vákuumban 12501400 °C-on. A homogenizálás itt is 12001300 °C-on történik, azonban az anyagot irányított mágneses térben hűtik le (anizotróp mágnes!). Ezt követi a már megismert megeresztés és

készre gyártás. Egy izotróp öntési technológiával készült AlNiCo-mágnes típussorozat lemágnesezési jelleggörbéit láthatjuk az 2.9 ábrán A lemágnesezési karakterisztikákba szaggatott vonallal berajzoltuk azokat a jelleggörbéket, amelyek mentén a mágnes energiatartalma állandó. A diagrammon a − B skálát is feltüntettük (berajzolva µ0 ⋅ H Bm , mT 1 Hm , kA/m 2.9 ábra Izotróp gyártástechnológiával készült AlNiCo mágnesek (Koerzit típussorozat, gyártó Krupp) lemágnesezési jelleggörbéi 2.10 2. ÁLLANDÓMÁGNESEK ALKALMAZÁSA A VILLAMOS GÉPEK MÁGNESES KÖRÉBEN − B µ0 ⋅ H = 2 egyenest, amely az origóból indul. − B = 1 esetén a mágneses kör µ0 ⋅ H teljesen nyitott (ebben ez esetben ez a vízszintes tengely), amely azt mutatja, hogy a mágnes önmagában mennyire mágneseződik le. A diagramokból látható hogy ez a típusú mágnes érzékeny a lemágneseződésre, ezért beépítés után célszerű

felmágnesezni. Az 2.10 ábrán szinterezett anizotróp mágnesek (Krupp, Koerzit típussorozat) lemágnesezési karakterisztikái láthatók Figyeljük meg, hogy az anizotróp technológia alkalmazása (a domének „befagyasztása” lehűtésnél egy adott irányba) az adott irányban jelentősen megnöveli a remanencia indukciót, csökkenti ugyanakkor a koercitív erőt. A lemágnesezési könyökpont ezeknél a mágneseknél tovább tolódik jobbra, vagyis a mágnes igen érzékeny a lemágnesezésre. Az elmondottak miatt ezek a mágnesek csak ott alkalmazhatók, ahol nagy indukcióra (indukált feszültségre) van szükség, a lemágnesező hatás (a lemágnesező gerjesztés) ezzel szemben kicsiny. Mint látni fogjuk, ilyenek a követelmények fordulatszámmérő (tachométer) generátoroknál. Bm , mT Bm Hm, kA/m 2.10 ábra Anizotróp szinterezett AlNiCo mágnesek (Koerzit típussorozat, gyártó Krupp) lemágnesezési jelleggörbéi 2.11 2. ÁLLANDÓMÁGNESEK

ALKALMAZÁSA A VILLAMOS GÉPEK MÁGNESES KÖRÉBEN 2.322 Ritkaföldfém alapanyagú mágnesek A ritkaföldfém mágneseket az 1970-es évek közepén mutatták be. Sokkal nagyobb energiatartalmúak, mint a ferritek Ezeknek a mágneseknek jelenleg két nagy csoportja terjedt el az iparban: a szamáriumot és kobaltot, valamint a neodymiumot és bórt tartalmazó változatok. A szamárium-kobalt mágnesek hőmérsékleti stabilitás szempontjából a legjobbak a mágnesek között. Hátrányos viszont, hogy viszonylag drágák, ezért csak technikailag igényes helyeken (pl az űrtechnikában és igényes szervomotorokban) alkalmazzák őket, ahol nagy stabilitást várnak el tőlük egy szélesebb hőmérsékleti tartományban. A szamárium-kobalt mágnesek szokásos vegyi összetétele (Krupp Koermax típussorozat): Szamárium(Sm) Kobalt(Co) Vas(Fe) Réz (Cu), Cirkonium (Zr) 24.27% 48.52% 12.18 4.12 % 2.3 % Bm , mT Koermax típussorozat, Gyártó: Krupp Hm , kA/m 2.11 ábra

Szamárium-kobalt (Sm-Co) mágnesek lemágnesezési jelleggörbéi 2.12 2. ÁLLANDÓMÁGNESEK ALKALMAZÁSA A VILLAMOS GÉPEK MÁGNESES KÖRÉBEN Az alapanyagokat védőgáz (CO) atmoszférában porrá őrlik (<5 µm), majd mágneses tér jelenlétében kb. 2000 atmoszféra nyomással a kívánt alakú formába préselik. A nagy nyomás és a mágneses tér hatására az egyszerű geometriai alakzatok (tégla, henger, körgyűrű) kellő szilárdságot kapnak ahhoz, hogy 1200 °Con megtörténjen a szinterezés vákuumban vagy védőgáz atmoszférában. A szinterezést egy hőkezelési eljárás követi, amelyben több lépcsőben a hőmérsékletet 900 °C-ról 400 °C-ra csökkentik. A szobahőmérsékletre lehűtött rideg és igen kemény (500 HVc) mágnesanyag utómegmunkálása (köszörülés) kényes feladat, ezért a névleges méret tartására már a sajtolásnál nagy figyelmet fordítanak. (Szinterezésnél a zsugorodás csak 2.4 %) A mágneseket a gyártó

vállalat többnyire felmágnesezett állapotban szállítja, mivel a felmágnesezéshez nagy térerők szükségesek (pl. a Koermax 200 típushoz 4000 kA/m). Az 2.11 ábrán SmCo állandómágnesek lemágnesezési jelleggörbéit tüntettük fel. Mint már említettük, az állandómágnesek közül a szamárium-kobalt mágnesek a legérzéketlenebbek a hőmérséklet változására. (Lásd ezzel kapcsolatban a korábbi 2.3 ábrát) 50°C hőmérsékletemelkedés hatására indukciójuk kb 1,5%-kal, a koercitív erő (Hc ) 10%-kal csökken, de még 300 °C-on is megmarad az indukció több, mint 95%-a(!). 2.323 Neodymium mágnesek A neodymium (neodymium − vas − bór: Nd-Fe-B) mágnesek új generációja az 1980-as évek közepén került előtérbe. Az Nd-Fe-B mágnesek nagyobb energiasűrűségűek és olcsóbb anyagokból készülnek, mint a Sm-Co (szamárium-kobalt) mágnesek A Sm-Co mágnesekhez képest hátrányuk viszont, hogy hőmérsékleti stabilitásuk kisebb és

könnyen korrodálnak A neodymium mágnesek vegyi összetétele: Neodymium (Nd), % Bór (B), % Vas (Fe) 3034 1,11,3 Maradék Előállításuk az SmCo mágnesekhez hasonlóan történik, valamivel alacsonyabb (1100 °C) szinterezési hőmérsékleten, és 900 °C.600°C-on történő hőkezeléssel A Nd-Fe-B mágnesek szinterezés alatti zsugorodása nagyobb (12.20%), mint az SmCo mágneseké, ezért mérettartásuk nehezebb. A hasonlóan kemény mágnesek, ezért utólagos megmunkálásuk itt is kényes feladat. Az 212 ábrán neodymium mágnesek lemágnesezési görbéit mutatjuk be. A neodymium mágnesek kifejezetten érzékenyek a hőmérséklet emelkedésére (lásd ezzel kapcsolatban a 2.13 ábrát) Bár az indukció csökkenés 50 °C hőmérsékletemelkedés hatására csak 56 %, a koercitív erő 30 %-kal is csökkenhet (Érdekességképen megemlítjük, hogy az egyébként kiváló mágneses tulajdonságú 2.13 2. ÁLLANDÓMÁGNESEK ALKALMAZÁSA A VILLAMOS GÉPEK

MÁGNESES KÖRÉBEN Bm , mT Hm , kA/m 2.12 ábra Neodymium mágnesek (Koerdym típussorozat, gyártó Krupp) lemágnesezési jelleggörbéi Koerdym 280 típusú mágnes nyitott állapotban, 25 °C-on Br =1,16 T értékű indukciója a hőmérsékletemelkedés hatására 100°C-on Br =0,65 T-ra csökken, és a mágnes munkapontja „lecsúszik” a lineáris szakaszról. Ami gyakorlatilag azt jelenti, hogy szobahőmérsékletre visszatérve, és zárva a mágneskört, az eredetileg Br = 1,2 T remanens indukció helyett csak Br = 0,7 T indukciójú mágnesünk lesz, az eredeti paraméterek visszanyeréséhez a mágnest 3000 kA/m térerővel újra kell mágnesezni.) Ha jelenleg folyó kísérletekkel megoldják Nd-Fe-B mágnesek hőmérsékleti- és korróziós problémáit, akkor ezen mágnesek további nagyfokú elterjedése várható. A korrózió okozta problémák csökkenthetők a mágnesek bevonásával, tokozásával és bizonyos esetekben hermetikus dobozolásával. Az 2.14

ábra összehasonlítja egymással a legfontosabb mágnesanyagok tipikus Bm(Hm ) „lemágnesezési” karakterisztikáit. 2.14 2. ÁLLANDÓMÁGNESEK ALKALMAZÁSA A VILLAMOS GÉPEK MÁGNESES KÖRÉBEN Bm, mT A 1160 B 650 Hm , kA/m 2.13 ábra Neodymium mágnesek (Koerdym típussorozat, gyártó Krupp) lemágnesezési jelleggörbéinek hőfokfüggése A jelenlegi mágnesanyagok tulajdonságainak vázlatos összehasonlítása az 2.1 táblázatban látható. A részletesebb adatokat a mágnesgyártók adatlapjai (katalógusok) tartalmazzák Bm , T (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (1) Anizotróp ALNICO (AlNiCo) Izotróp ALNICO Szinterezett anizotróp Ferrit Sajtolt polimer Sm-Co Sajtolt polimer Nd-Fe-B Szinterezett Sm-Co Szinterezett Nd-Fe-B (7) (6) (5) (4) (3) H, kA/m (2) 2.14 ábra Állandómágnes anyagok tipikus lemágnesezési karakterisztikái 2.15 2. ÁLLANDÓMÁGNESEK ALKALMAZÁSA A VILLAMOS GÉPEK MÁGNESES KÖRÉBEN 2.1 táblázat Mágnesanyagok jellemző adatai

Jellemző Remanens indukció (B r) Koercitív erő (Hc ) Egység AlNiCo Anizotróp ferrit Szinterelt Sm-Co Szinterelt Nd-Fe-B T 0,61,35 0,350,43 0,71,05 1,01,3 kA/m 40130 180400 8001500 8001900 1,97 1,051,15 1,021,07 1,041,1 Relatív kezdeti permeabilitás ( µ k ) Maximális energiatartalom ( B m ⋅ H m ) max kJ/m3 20100 2436 140220 180320 Belső koercitív erő (HcJ ) kA/m 200600 6001700 16004000 20003000 Fajlagos ellenállás µΩcm 47 >10 4 86 150 Hőtágulás 10 -6 /°C 11,3 13 9 3,4 A B r hőmérsékleti tényezője %/°C -0,01-0,02 -0,2 A H ci hőmérsékleti tényezője %/°C -0,02 0,20,4 -0,2-0,25 -0,5-0,9 Maximális működési hőmérséklet °C 500550 250 250350 80200 Curie hőmérséklet °C 850 450 700800 310350 kg/m3 7300 4900 8200 7400 Sűrűség -0,045-0,05 -0,08-0,15 A mágnesek munkapontja terhelésfüggő. Az üresjárási pont terhelésfüggését lényegében az okozza, hogy a kezdeti-,

és a munkapermeabilitás egymástól eltérő értékű. A mágnes munkaegyenesét két módon állandósíthatjuk: a) Olyan mágnesanyagot használunk fel, amelynek mágneses permeabilitásai a könyökpontig egyformák: µ k ≈ µ m . Ezt a feltételt az új, modern ritkaföldfém mágnesanyagok már kielégítik, ezek a mágnesek rendkívül nagy koercitív erővel és viszonylag kis remanens indukcióval rendelkeznek; b) 2.16 A mágnes munkaegyenesét stabilizáljuk. Ennek lényege az, hogy a mágnest akkora lemágnesező hatásnak tesszük ki, aminél nagyobb a terhelés során már biztosan nem fog fellépni. Ezt kétféle módon is végezhetjük: 2. ÁLLANDÓMÁGNESEK ALKALMAZÁSA A VILLAMOS GÉPEK MÁGNESES KÖRÉBEN − a lehető legnagyobb armatúrareakció előidézésével. Mivel a legnagyobb armatúrareakció rövidzárásban lép fel, a stabilizálás érdekében a gép elkészülte után több mesterséges rövidzárlatot idézünk elő; − a légrés

megnövelése (mint azt a következő pontban látni fogjuk) hasonló hatású, mint egy nagy lemágnesező gerjesztés. E módszernél a stabilizáció érdekében a forgórészt többször ki- és visszafűzzük. 2.4 AZ ÁLLANDÓMÁGNESSEL GERJESZTETT MÁGNESES KÖR MÉRETEZÉSE ÉS MÁGNESEZÉSI JELLEGGÖRBÉI Állandómágnessel gerjesztett mágneses kört rajzoltunk fel az 2.15 ábrán (az egyenáramú-, ill. a szinkrongép mágneses köre erre a modellre vezethető vissza) A mágnestörzsre rajzolt tekercs a mágnes gerjesztését szimbolizálja. Az állandómágnesből készült pólustörzs erővonalakra merőleges felülete Am, hossza L m A pólussaru gyakran lemezelt anyagból készül, az Am-hez képest csökkentett sarufelületet (amelynek nagysága A δ) a modern mágnesanyagok kis remanencia indukciójának ellensúlyozására szokták alkalmazni. A mágnestörzs felmágnesezés után Θ m = H m ⋅ Lm nagyságú gerjesztést képvisel. Terheléskor a lemágnesező

armatúragerjesztés Θad nagyságú. A mágnestörzs Φm fluxusa a Φ hasznos-, és a Φs szórási fluxusokból tevődik össze: Φm = Φ + Φs . (2.2) A szórási fluxus erővonalai a levegőben záródnak, így ez a fluxusrész a pólustörzs Θ m gerjesztésével arányosan növekszik: Φ s = Λs ⋅Θ m = Λ s ⋅ H m ⋅ Lm , ahol Λs a szórási utak mágneses τp Φ/2 Lm Θm = H m L m Bm , H m Am vezetőképessége. Mivel vizsgálataPóluskoszorú ink célja az állandómágnes méreteinek, munkapontjának meghatároΦs/2 zása, a mágneses kör minden paraméterét a mágnestörzs Lm hosszára Állandómágnes és Am keresztmetszetére kell vopólustörzs Pólussarú δ Θa Aδ (2.3) Armatúra koszorú natkoztatni (átszámítani). A szórási indukció (a fluxus és az indukcióértékek átszámíthatók egymásba a Φ = B ⋅ Am összefüggés alapján): Bs = 2.15 ábra Az állandómágnessel gerjesztett egyenáramú gép mágneses köre Φs L = Λs ⋅ m

H m . Am Am A hasznos fluxus (2.4) meghatá- 2.17 2. ÁLLANDÓMÁGNESEK ALKALMAZÁSA A VILLAMOS GÉPEK MÁGNESES KÖRÉBEN rozása során azzal a gyakorlatban megengedhető egyszerűsítéssel élünk, hogy a mágneses kört záró, lágyvas részekre jutó gerjesztést elhanyagoljuk a légrés és az állandómágnesből készült pólustörzs gerjesztése mellett ( Θ v = 0 , az esetleges illesztési rést hozzászámítjuk a légréshez). a) Üresjárásban a pólustörzs gerjesztése teljes egészében a légrésre jut: Θ m = H m ⋅ Lm = k c ⋅ Bδ ⋅δ . µ0 (2.5) A légrésen keresztül haladó hasznos fluxus a szórásihoz hasonlóan felírható a hasznos mágneses vezetőképesség segítségével: Φ = Bδ ⋅ Aδ = Λ0 ⋅ Θ m = Λ0 ⋅ H m ⋅ Lm . (2.6) Az (2.5) és az (26) összefüggéseket összehasonlítva - az említett elhanyagolásokkal - a hasznos mágneses vezetőképesség: Λ0 = µ 0 ⋅ Aδ , kc ⋅ δ (2.7) az (2.5) és az (27)

összefüggésben k c a Carter-tényező A mágnestörzsre vonatkoztatott hasznos indukció üresjárásban: Bm = Φ L = Λ 0 ⋅ m ⋅ Hm . Am Am (2.8) A mágneses vezetőképességeket felhasználva a mágnestörzsben az indukció a következő összefüggésből számítható: Bm = Φ m Φ + Φs L = = B + Bs = (Λ0 + Λs ) ⋅ m ⋅ H m . Am Am Am (2.9) Az (2.4) és az (29) összefüggések által meghatározott egyeneseket ábrázoltuk a mágnesanyag lemágnesezési koordináta-rendszerében (2.16 ábra) Tételezzük fel, hogy a mágnest a gyártás, vagy az első terhelések során az A pontig lemágneseztük és a későbbiekben ennél nagyobb terhelés már nem lép fel. Az elmondottaknak megfelelően a stabilizált munkaegyenes az AB szakasz lesz. L Üresjárásban a munkapontnak a (Λ 0 + Λ s ) ⋅ m ⋅ H m egyenesen is rajta kell lennie, Am az üresjárási munkapont így a B pont lesz. Az (29) egyenletnek megfelelően a L Λ s ⋅ m ⋅ H m egyenes választja szét a

mágnestörzsre átszámított B hasznos-, és a Bs Am szórási indukciót (ill. a Φ hasznos- és a Φ s szórási fluxust) Az 216 ábrából tehát közvetlenül kiolvasható az üresjárási feszültséget (egyenáramú motor esetén üresjárási fordulatszámot) meghatározó fluxus értéke. Itt jegyezzük meg, hogy 2.18 2. ÁLLANDÓMÁGNESEK ALKALMAZÁSA A VILLAMOS GÉPEK MÁGNESES KÖRÉBEN üresjárásban a szórási fluxus a teljes fluxusnak a geometriai kialakítástól függően Λs 20.40%-a is lehet ( = 0,2.0,4 ) Λs + Λ 0 b) Vizsgáljuk ismét az üresjárást, de a légrést növeljük meg δ -ról δ 1 -re! Ebben az esetben a hasznos mágneses vezetőképesség Λ -ról Λ 1 -re csökken, ugyanis az (2.7) összefüggésből kiolvashatóan: Bm (Λ 0 + Λs ) ⋅ Lm ⋅Hm Am Br B0 (Λ1 + Λs ) ⋅ Lm ⋅ Hm Am B A Munkaegyenes B Λs ⋅ Hm Lm ⋅Hm Am Hc Bs a) Bm (Λ 0 + Λs ) ⋅ Lm ⋅Hm Am B Br µm C A HC-Ha HC Ha Munkaegyenes L Λs ⋅ m

⋅ H m Am Hm G F B D E Hc Ha b) 2.16 ábra Az állandómágnes munkapontjának kijelölése terhelt állapotban a) a hasznos fluxust ismerve; b) az armatúrareakció nagyságát ismerve 2.19 2. ÁLLANDÓMÁGNESEK ALKALMAZÁSA A VILLAMOS GÉPEK MÁGNESES KÖRÉBEN Λ1 = µ 0 ⋅ Aδ , kc ⋅ δ1 (2.10) vagyis a légrés növelése a vezetőképességet csökkenti. A (Λ1 + Λ s ) ⋅ Lm ⋅ H m egyeAm nest berajzoltuk az 2.16 ábrába A légrés növelése az állandómágnes lemágnesezését okozza, vagyis alkalmas a mágnes munkaegyenesének stabilizálására, de biztosítani kell, hogy az üzem közben fellépő legnagyobb terhelésnél (ami általában a rövidzárás) nem lesz nagyobb a lemágnesező hatás. A mágnes jó kihasználása érdekében a legnagyobb lemágnesezésMágneses nek a lemágnesezési görbe könyöksönt Pólussarú pontjába, vagy attól kissé jobbra kell esnie. Mivel a kifűzött forgórész mágneses vezetőképessége (pl:

Állandómágnes Λ1 ) nem változtatható tetszőlegepólustörzs sen, a legnagyobb lemágnesezésnek megfelelő pontot a pólusszórással ( Λs változtatásával) állítják be úgy, 2.17 ábra Mágneses sönt a pólusszórás beállítására hogy a pólussarúk közé mágneses söntöket helyeznek (2.17 ábra) A forgórész kifűzése − elsősorban beépítve felmágnesezett, kis koercitív erejű mágneseknél − az állandómágnes végleges lemágnesezését okozhatja (a legnagyobb lemágnesezési pont a könyökponttól balra kerül), ezért egy ismeretlen állandómágnesű gépet lehetőleg ne szedjünk szét. c) Terheléskor a szokásos esetekben az armatúrareakció a mágnes gerjesztése ellen hat. Ebben az esetben a pólusszórást a mágnes teljes gerjesztése, a hasznos indukciót a Θ m és a Θ a gerjesztések kölcsönhatásának eredője fogja meghatározni: Bm = Λ ⋅ Lm L ( H m − H a ) + Λs ⋅ m H m , Am Am ahol H a az armatúrareakció hatását

ellensúlyozza, értéke: H a = (2.11) Θ ad . (211)-ben Lm Θ ad az armatúrareakció pólusirányú komponense. Tételezzük fel, hogy adott terhelés hatására a munkapont a C pontban lesz (2.16 ábra) Ebben a pontban a CD szakasz a hasznos-, a DE a szórási indukciót L adja. Húzzunk a C pontból párhuzamost a Λs ⋅ m ⋅ H m egyenessel A párhuzamos a Am L (Λ + Λs ) ⋅ m ⋅ H m egyenest az F pontban metszi, vagyis üresjárásban ugyanekkora Am hasznos fluxus létrehozásához FG nagyságú térerősség (üresjárási gerjesztés) kell. 2.20 2. ÁLLANDÓMÁGNESEK ALKALMAZÁSA A VILLAMOS GÉPEK MÁGNESES KÖRÉBEN A fennmaradó térerősség az armatúrareakció kompenzálására fordítódik ( HF ). Ezzel a mód-szerrel tehát szétválasztható a terhelési pontban szükséges hasznos fluxust előállító ( H m − H a ) hasznos-, és az armatúrareakció ellensúlyozására szolgáló ( H a ) térerősség. A szétválasztási módszert alkalmazva a hasonló

háromszögek alapján a terhelési pontot két módon jelölhetjük ki (2.16b ábra): − A hasznos fluxust ismerve (például a gép indukált feszültségéből visszaszámítva) meghatározzuk B-t: B = Φ . B-t felmérjük a függőleges tengelyre, Am majd párhuzamost húzunk a Λs ⋅ Lm ⋅ H m egyenessel. A párhuzamos és az Am AB munkaegyenes metszéspontja a keresett terhelési munkapont (C); − Az armatúrareakció nagyságát (vagy kiálló pólusú szinkron gépnél a reakció hosszirányú ( Θ ad ) komponensét) ismerve először kiszámítjuk a mágnesre Θ redukált térerősséget: H a = ad . Ezt felmérjük a vízszintes tengelyre, majd Lm L függőlegest emelünk a Λs ⋅ m ⋅ H m egyenesig, a metszéspontból pedig párAm L huzamost húzunk a (Λ 0 + Λs ) ⋅ m ⋅ H m egyenessel. A munkaegyenes és a Am párhuzamos metszéspontja a C munkapont. Az állandómágnesű gép tervezése a következő lépésekben történik: a) Megfogalmazzuk a kiindulási

villamos adatokat. Ezek: névleges (üresjárási) feszültség, névleges teljesítmény, névleges áram, maximális (esetleg rövidzárási) áram, fordulatszám; b) Megválasztjuk a mágnesanyagot. A kiválasztáskor figyelembe kell venni az üzemtani sajátosságokat (pl.: szervomotoroknál a tranziens áramokat), a remanencia indukció nagyságából adódó geometriai méreteket, de ezeken túlmenően nagyon fontos a beszerezhetőség és az ár kérdése is; c) Előzetesen felvesszük a geometriai méreteket (a pólustörzs felülete, pólussaru felülete, pólustörzs hossza, légrés nagysága); d) Az előzetes adatok alapján kiszámítjuk a gép fluxusait, a hagyományos módon felvesszük az armatúratekercselés adatait, meghatározzuk a pólustörzsre vonatkoztatott legnagyobb armatúrareakció értékét; e) Felrajzoljuk a mágnesezési jelleggörbéket. Ellenőrizzük, hogy a legnagyobb lemágnesezésnek megfelelő munkapont a könyökponttól jobbra

helyezkedik-e el Ha nem, a mágnestörzs hosszát növelni kell Ha a mágnestörzs az armatúrareakció szempontjából megfelel, akkor a legnagyobb üze- 2.21 2. ÁLLANDÓMÁGNESEK ALKALMAZÁSA A VILLAMOS GÉPEK MÁGNESES KÖRÉBEN mi lemágnesezés (vagy a szándékos „stabilizálás”) meghatározza a mágnes munkaegyenesét; f) A munkaegyenes kijelöli az üresjárási pontot. Ha ez nem felel meg a kívánalmaknak, meg kell változtatni a felületeket, ezek lesznek az új kiindulási adatok. 2.5 AZ ÁLLANDÓMÁGNESEK ELHELYEZÉSE A MÁGNESES KÖRBEN A továbbiakban a teljesség igénye nélkül néhány tipikus állandómágnes elhelyezési példát mutatunk be. 2.51 Az állandómágnes gerjesztés az állórészben (egyenáramú gépek) Az 2.18 ábrán néhány példát mutatunk be az egyenáramú gép állórészén a gerjesztő állandómágnes elhelyezésére Az ábrába berajzoltuk a kialakuló erővonalak irányát. A hagyományos, radiális mezejű gépek esetén

a beépített állandómágneseket Aδ Am Állandómágnes Állandómágnes (ív-mágnes) (hasáb-mágnes) Állandómágnes (hasáb-mágnes) Állandómágnes (hasáb-mágnes) 2.18 ábra Példák az állandómágnes elhelyezésére egy egyenáramú gép mágneses körében 2.22 2. ÁLLANDÓMÁGNESEK ALKALMAZÁSA A VILLAMOS GÉPEK MÁGNESES KÖRÉBEN alakjuktól függően két nagy csoportba oszthatjuk: − a viszonylag könnyebben előállítható, síklapokkal határolt hasáb- vagy lapmágnesekre, − a legalább egyik oldalukról hengerpalásttal határolt ívmágnesekre. A síklapokkal határolt lapmágnesek erővonalainak vezetését a hengeres furatú álló- vagy forgórészbe lágyvas pólussarúk alkalmazása segíti. A pólussarúk légrés felöli A δ felületéneknek és a mágnestörzs Am felületének arányával befolyásolható a légrésindukció nagysága: Bδ = Aδ ⋅ Bm . Am (2.12) A pólussarú méretének változtatásával tágabb lehetőség

nyílik az állandómágnes munkapontjának beállítására, adott geometriai méretekhez történő igazítására. A mágnesek rögzítése elsősorban ragasztással (a mágnesek ragasztására speciális ragasztóanyagokat fejlesztettek ki), mechanikus rögzítéssel (pl.: szegecseléssel, rugós leszorítással) vagy - amennyiben ezt a mágnes hőmérséklet-tűrése megengedi - az alumíniumház ráöntésével - történhet. Ha a mágnest ragasztják, a pólusosztás betartására tájolókészüléket használnak. 2.52 Az állandómágneses gerjesztés a forgórészben (elektronikus kommutációjú motorok, szinkron gépek) Az állandómágneseket jelenleg nagyon gyakran alkalmazzák szinkron szervomotorokban ill. elektronikus kommutációjú motorokban Az elektronikus kommutációjú motorok külső-, vagy belső forgórészűek lehetnek A kétféle megoldás közötti különbséget mutatja be az 2.19 és az 220 ábra Külső forgórészűek a kisebb teljesítményű, nem

szervomotor jellegű gépek. Nagyobb teljesítményű gépekben, ill. szervomotorokban csak a belső forgórész a járható út A belső forgórészű, radiális mezejű motorokban alkalmazott mágnes-beépítésekre mutatunk be jellegzetes példákat az 2.21 ábrán A mágnesek és pólussaruk forgórész agyhoz történő rögzítésére többféle (mechanikus) megoldás született, amelyeket egymással kombinálva is alkalmaznak. Fémragasztáson kívül a mágnesek közti csavarokkal és/vagy a pólus-saruk végén Forgó mágnes Álló tekercselés Lemezelt vastest 2.19 ábra A külső forgórészű gép vázlatos felépítése 2.23 2. ÁLLANDÓMÁGNESEK ALKALMAZÁSA A VILLAMOS GÉPEK MÁGNESES KÖRÉBEN Forgó mágnes Álló tekercselés Lemezelt vastest Forgó mágnes 2.20 ábra A belső forgórészű gép vázlatos felépítése antimágneses anyagból (sárgaréz, koracél) készült peremes tárcsákkal rögzíthetjük a sarukat (és ezen keresztül a

mágneseket) a forgórész agyhoz. Az ívmágneseket ragasztással és/vagy zsugorodó műanyag bandázzsal is rögzíthetjük a) b) d) e) f) c) 2.21 ábra Példák a belső forgórészű motorban az állandómágnesek elhelyezésre a) lelapolt agyra ragasztott lap/ívmágnes; b) az agyra húzott gyűrűmágnes; c) nagy koercitív erejű szinterelt ívmágnes és antimágneses zsugorgyűrű vagy rögzítő szerkezet (bandázs); d) hibrid (állandómágneses/reluktancia) motor; e) küllő-, vagy beépített mágnesű rotor, a mágnesezés a küllőre merőleges irányú; f) olyan, mint az a eset, de hengeres az agy és a mágnes ívmágnes 2.24 2. ÁLLANDÓMÁGNESEK ALKALMAZÁSA A VILLAMOS GÉPEK MÁGNESES KÖRÉBEN 2.6 ÁLLANDÓMÁGNESŰ VILLAMOS GÉPEK Miután megismerkedtünk az állandómágnesek tulajdonságaival, az üzemi munkapont meghatározásával, a teljesség igénye nélkül megadjuk a legfontosabb alkalmazási területeket. (az alkalmazások részletesebb

tárgyalását az egyes gépekhez fogjuk kapcsolni): − Kis és középteljesítményű egyenáramú motorok. Ez az egyik legfontosabb alkalmazási terület. ezek a gépek csak abban különböznek egy szokványos egyenáramú géptől, hogy a főpólusok állandómágnesből készülnek. Mivel a gépeket úgy tervezik, hogy lemágnesezés ne forduljon elő, az üresjárási fordulatszámot csak kismértékben befolyásolja a terhelés, nincs gerjesztéskimaradási (megszaladási) probléma, gyors a működés. Mint azt az l4 pontban láttuk, az állandómágnes gerjesztésnöveléssel kompenzálja az armatúrareakciót, így az indukció csökkenése, ill. növekedése a pólussaru szélein kisebb (a mezőgörbe kevésbé torzul) mint egy hagyományos gépnél. Ebből adódik, hogy az állandómágnesű gépek állandó fluxusúak, M(I), ill. n(M) jelleggörbéik teljesen egyenesek; − Egyenáramú szervomotorok (ezt a géptípust eredetileg az NC szerszámgépek mellékhajtóműi

számára fejlesztették ki). A szervomotorok az előzőekben említett okok miatt csak állandómágneses gerjesztéssel készülnek. A kis tehetetlenségi nyomaték elérése érdekében nagy a hossz/átmérő (l/D) viszony. A nagy (indító) nyomatékok elérése érdekében igen nagy koercitív erejű, és ennek megfelelően viszonylag kis remanencia indukciójú mágnesanyagokat használnak. Az indukciócsökkenést gyakran csak nagy pólusfelülettel kell ellensúlyozni, ezért hiányoznak (nem férnek el) a segédpólusok. Az armatúrareakció nagyságát nagy pólusszámok választásával, valamint hurkos tekercseI ⋅z léssel is csökkenteni próbálják [ Θ ap = a ⋅ α i ]. A kommutációs problémákat 8⋅a ⋅ p különleges forgórész-kialakításokkal mérséklik. Az egyenáramú szervomotorokkal a 62 pontban fogunk részletesen foglalkozni; − Elektronikus kommutációjú (kefenélküli) motorok. Az elektronikus kommutációjú motorokkal a 63 pont foglalkozik;

− Egyenáramú- és szinkron fordulatszámmérő (tachométer) generátorok: egyes állandómágnesek kis hőmérsékletfüggése jó minőségű tachométer-generátorok gyártását teszi lehetővé. A kis terhelőáramok miatt elegendő kis koercitív erejű mágnesek (pl. ALNICO) alkalmazása Állandómágneses egyenáramú tachométer-generátoroknál probléma a kefe feszültségesésének bizonytalansága A méréstechnikai alkalmazás miatt általános probléma a mágnes öregedése is; − Léptetőmotorok. Az aktív forgórészű (állandómágneses gerjesztésű) léptetőmotorokat gyakran alkalmazzák kis teljesítményű, nyílt hurkú pozícionáló készülékekben A léptetőmotorokat a 7 pontban fogjuk tárgyalni; 2.25 2. ÁLLANDÓMÁGNESEK ALKALMAZÁSA A VILLAMOS GÉPEK MÁGNESES KÖRÉBEN 2.22 ábra Ferritmágnesek jellegzetes kiviteli formái − Állandómágneses gerjesztésű szinkrongenerátorok: hazánkban a GANZ Villamossági Művek fejlesztett ki

és gyárt állandómágneses gerjesztőgépeket hidrogenerátorok és turbógenerátorok szabályozóihoz (teljesítményük néhányszor 10 kVA-ig terjed). A maximális lemágnesezés értékét a pólusszórás változtatásával, mágneses söntök segítségével állítják be (lásd az 2.17 ábrát) − Hiszterézis motorok: e motorokhoz nagy hiszterézisveszteségű, kis koercitív erejű (25.30 kA/m) és nagy remanencia indukciójú (1,21,3 T) mágnesanyagok szükségesek. Állandómágneseket használnak hiszterézisfékekben is Végezetül az 2.22 ábrán a ferritmágnesek néhány jellegzetes kivitelét mutatjuk be példaként. 2.7 IRODALOMJEGYZÉK [ÁLLMÁGN1] J. R Hendershot Jr − TJE Miller: Design of brushless permanentmagnets motors Magna Physics Publishing and Clarendon Press Oxford 1994 [ÁLLMÁGN2] Bauteile 2.26 Krupp Widia Magnettechnic.: Dauermagnetische Werkstoffe und