تُوفر محركات المغناطيس الدائم عالية السرعة مزايا هامة، تشمل كثافة طاقة عالية، وكفاءة عالية، وتصميمًا صغير الحجم. مع ذلك، عند استخدام الفولاذ غير المُرقّق في الدوّار، قد تزداد خسائر التيارات الدوامية بشكل كبير، مما قد يُؤدي إلى إزالة مغناطيسية لا رجعة فيها للمغناطيس الدائم. وقد أظهرت الأبحاث أن استبدال الغلاف الفولاذي عالي التوصيل بمواد مركبة من ألياف الكربون منخفضة التوصيل يُقلل بشكل فعال من خسائر الدوّار، مما يُحسّن الأداء والموثوقية.
خصائص مادة ألياف الكربون
ألياف الكربون مادة عالية الأداء تتكون من أكثر من 95% من الكربون. فهي تجمع بين قوة ميكانيكية استثنائية، وثبات كيميائي، وخصائص كهربائية ممتازة، مما أكسبها لقب “ملك المواد الجديدة”. ونظرًا لأهميتها الاستراتيجية في التطبيقات العسكرية والمدنية على حد سواء، وتكلفتها العالية، يُشار إلى ألياف الكربون غالبًا باسم “الذهب الأسود”.
تُستخلص غالبية ألياف الكربون حاليًا من ألياف البولي أكريلونيتريل (PAN). وتتضمن عملية تحويل ألياف PAN إلى ألياف الكربون ثلاث خطوات رئيسية:
- الأكسدة المسبقة: تتأكسد ألياف البولي أكريلونيتريل عند درجات حرارة أقل من 300 درجة مئوية، مما يؤدي إلى نزع الهيدروجين والتكوير الحلقي، وتشكيل بنية مقاومة للحرارة استعدادًا للكربنة.
- عملية الكربنة: تُسخّن الألياف إلى درجة حرارة تتراوح بين 1000 و1500 درجة مئوية في جو خامل. وتُزال الذرات غير الكربونية والمكونات غير المستقرة، مما ينتج عنه بنية غير منتظمة تشبه الجرافيت مع محتوى كربوني يتجاوز 92%.
- التغرافيت (للألياف ذات معامل المرونة العالي): تُعالج الألياف المتفحمة بشكل إضافي عند درجة حرارة 2000-3000 درجة مئوية لإنتاج ألياف ذات معامل مرونة فائق.
بالنسبة للمواد المركبة الهيكلية، تتكون المصفوفات عادةً من الإيبوكسي أو الفينول أو البوليميد أو راتنجات مشابهة. تُضاف عوامل التصلب والمواد المضافة لضمان الترابط المتقاطع المناسب وسهولة المعالجة. تتراوح درجة حرارة تشغيل عوامل التصلب عمومًا بين أقل من 130 درجة مئوية، ولكنها قد تصل إلى 185 درجة مئوية حسب نوع الراتنج المستخدم.
طرق تصنيع دوارات ألياف الكربون
الطريقتان التقليديتان لإنتاج دوارات ألياف الكربون هما: طريقة التثبيت بالضغط و طريقة لف الشد-الشد.
1. طريقة التركيب بالضغط
تعتمد هذه الطريقة على التداخل بين المغناطيس الدائم وغلاف ألياف الكربون. عند التجميع، يُولّد التشوه المرن للمواد إجهادًا ضاغطًا على أسطح التلامس، مما يضمن استقرار المغناطيس الدائم إذا تم اختيار التداخل بشكل صحيح.
تشمل تقنيات التجميع الشائعة للتداخل طرق التجميع بالضغط، والتجميع البارد، والتجميع الساخن. ومع ذلك، ونظرًا لانخفاض معاملات التمدد الحراري لكل من مركبات ألياف الكربون والمغناطيس الدائم، فإن طريقة التجميع بالضغط هي الأنسب.
مخطط عملية التركيب بالضغط:
- يتم لف حزم الألياف طبقة تلو الأخرى على قالب يحدد القطر الداخلي للغلاف.
- بعد الوصول إلى السماكة المطلوبة، يتم معالجة الغلاف وإخراجه من القالب.
- يتم ضغط المغناطيس الدائم داخل الغلاف باستخدام مكبس هيدروليكي.
2. طريقة لف الشد المزدوج
في هذه الطريقة، لا حاجة إلى قالب. تُلف الألياف مباشرةً على سطح المغناطيس الدائم تحت شدٍّ مُتحكَّم به. بعد التصلب، يُطبِّق غلاف ألياف الكربون ضغطًا مسبقًا على المغناطيس الدائم، مما يحمي سلامته الهيكلية.
تصميم ومحاذاة التركيبات
يُعدّ التوافق الدقيق بين المغناطيس الدائم وغلاف ألياف الكربون أمرًا بالغ الأهمية. غالبًا ما تُصمّم تجهيزات خاصة لضمان دقة التموضع. تمتلك مجموعة هانغتشو للمغناطيس الدائم قدرات تصميم تجهيزات مستقلة لتلبية متطلبات أشكال الدوارات المختلفة، مما يضمن دقة التوافق وقابليته للتكرار.
ضمان الجودة والاختبار
بعد التجميع، تخضع الدوارات لفحوصات شاملة، تشمل فحص الانحرافات وتفاوتات الشكل، والتحقق من القطر الخارجي، وفحوصات التفاوتات الموضعية. لدينا مجموعة كاملة من أدوات الفحص المتقدمة وفريق فني ماهر لإجراء الاختبارات على المنتجات النهائية. يضمن التعاون المبكر مع العملاء تلبية الدوارات لمتطلبات الأداء والأبعاد الدقيقة.
