Situatie

Een internationale motorfabrikant ontwikkelt een next-generation aandrijfmotor voor zeer dynamische testopstellingen. Voor deze toepassing zijn magneten nodig met nauwkeurig gespecificeerde magnetische sterkte, een extreem hoge weerstand tegen demagnetisatie en een sterk gereduceerde gevoeligheid voor wervelstromen in snel wisselende magnetische velden. De motor werkt in een extreem regime:

• toerentalwisseling van +3000 tpm naar –3000 tpm binnen 0,1 seconde,
• met zeer hoge piekstromen en sterke fluxschommelingen
• waardoor zelfs minimale afwijkingen in magnetische eigenschappen leiden tot trillingen, vermogensverlies of thermische problemen.

Het ontwerp vereist daarom een zeer homogeen magnetisch veld en minimale wervelstroomverliezen in de rotor.

Complicatie

De kopse magneten in de rotor moeten individueel binnen zeer strikte marges vallen. Enkele cruciale eisen zijn:

• Nauwkeurigheid van het magnetisch moment binnen ±1–2%,
• Temperatuurstabiliteit boven 150–180 °C,
• coërciviteit (HcJ) hoog genoeg om fluxvervorming en demagnetisatie bij snelle veldwisselingen te voorkomen.
• Minimale wervelstroomverliezen, noodzakelijk vanwege extreem snelle richtingsveranderingen van het magnetisch veld.

Wervelstromen ontstaan wanneer een massief magneetblok door de snel wisselende flux wordt geraakt. Deze stromen veroorzaken: 

• warmteontwikkeling,
• vermogensverlies,
• fasevertraging in het magnetische veld (vertraging),
• en mechanische demping.

Voor deze toepassing zijn dergelijke effecten onaanvaardbaar.

Vraag

De klant vraagt Bakker Magnetics om een volledige kwaliteits- en selectieoplossing, bestaande uit:

1- Meten van het magnetisch moment van elke individuele magneet met hoge nauwkeurigheid.
2- Sorteren op magnetisch moment in vooraf afgesproken classificaties.
3- Verpakken per geselecteerde groep, voorzien van serienummers en volledige traceability.
4- Ontwikkelen van een productiemethode waarbij de magneet wordt opgebouwd uit kleine geïsoleerde segmenten.
— Hierdoor wordt de elektrische geleidbaarheid tussen segmenten onderbroken.
— Dit minimaliseert wervelstroomverliezen aanzienlijk tijdens snelle acceleratie- en deceleratiefasen.

Oplossing

Geavanceerd systeem voor het meten van magnetische momenten

Bakker Magnetics ontwikkelde een maatwerk meetsysteem gebaseerd op:

• een fluxmeter met Helmholtz-spoelopstelling,
• zeer stabiele referentiemagneten,
• een reproduceerbare fixtuur voor exacte positionering,
• geautomatiseerde dataverwerking en serienummering.

Elke magneet is:

• individueel gemeten,
• voorzien van een unieke ID ,
• gekoppeld aan een database met meetgegevens (moment, richting, temperatuurstabiliteitsgegevens en batchinformatie).

De magneten worden vervolgens automatisch gesorteerd in nauwkeurig gedefinieerde klassen.

Segmentatie en elektrische isolatie tegen wervelstromen

Omdat wervelstromen exponentieel toenemen met de massa van het geleidende materiaal, ontwikkelde Bakker Magnetics een gesegmenteerde magneetconstructie:

• elk segment is dunner en elektrisch geïsoleerd,
• segmenten worden onderling verlijmd met een hittebestendige, elektrisch isolerende lijmlaag,
• De toleranties op segmentdikte en vlakheid zijn aangescherpt om magnetische luchtgaten te minimaliseren.

Deze constructie reduceert wervelstroomverliezen met tientallen procenten en maakt thermische stabiliteit mogelijk in extreme dynamische bedrijfsregimes.

Traceerbaarheid en rotorintegratie

De klant ontvangt:

• een duidelijk overzicht van elke magneetgroep,
• de bijbehorende meetwaarden,
• en een advies voor optimale plaatsing per rotorpositie (matching van magnetisch moment om onbalans te voorkomen).

Hierdoor kan de motorbouwer een rotor configureren met uitzonderlijk homogene magnetische eigenschappen.

Resultaat

Door de combinatie van:
– zeer nauwkeurige magnetenselectie,
– gesegmenteerde magneetopbouw,
– sterk verminderde wervelstroomverliezen,
– hoge coerciviteit en rendement van de gebruikte magneten,
is de klant in staat een motor te produceren die extreem snel en nauwkeurig reageert, met minimale thermische en magnetische verliezen.

De motorfabrikant heeft hiermee een unieke positie veroverd in de wereld van hoogdynamische testinstallaties, vooral voor automotive, E-drivetrain-ontwikkeling en mechatronica-systemen waarbij precisie en snelheid cruciaal zijn.