Dobór magnesów neodymowych do przeróbki silnika na prądnicę

Pytanie z forum brzmi zwykle tak samo: „mam silnik z pralki, jakie magnesy na wirnik?". Odpowiedź składa się z trzech liczb — ile biegunów, jaki wymiar magnesu i jaka klasa. Poniżej po kolei, na przykładzie stojana o 36 zębach, który opisałem szczegółowo na stronie prądnica z silnika od pralki.

1. Ile biegunów ma mieć wirnik

Liczba magnesów na wirniku musi odpowiadać liczbie cewek na stojanie. To nie jest zalecenie, tylko warunek działania — inaczej bieguny nie przechodzą pod cewkami jednocześnie i napięcia z poszczególnych cewek się znoszą zamiast dodawać.

Punktem wyjścia jest liczba zębów stojana, a nie liczba żył wychodzących z silnika. W opisanym stojanie od pralki było ich 36. Przy uzwojeniu trójfazowym daje to 36 / 3 = 12 cewek, a więc 12 magnesów na wirniku. Dopuszczalne są też inne podziały tej samej liczby zębów: 72, 36, 24, 18 lub 12 biegunów — ale zawsze tyle samo magnesów, ile cewek nawiniętych na stojanie.

Więcej biegunów to wyższe napięcie przy tych samych obrotach, ale też mniejsze magnesy i ciaśniejsze odstępy. Dla wirnika z pralki dwanaście biegunów jest rozsądnym punktem startowym.

2. Jak przeliczyć średnicę wirnika na długość magnesu

Magnesy leżą na obwodzie wirnika, więc dostępne miejsce to obwód podzielony przez liczbę biegunów:

podziałka = π × D / liczba biegunów

gdzie D to średnica zewnętrzna wirnika w milimetrach. Podziałka to suma długości magnesu i odstępu do sąsiada. W opisanym wirniku odstęp między magnesami wynosił 18 mm przy magnesach o długości 40 mm — czyli podziałka 58 mm i obwód około 700 mm, co odpowiada średnicy nieco ponad 220 mm.

Odstępu nie da się zejść do zera. Magnesy ułożone stykami tracą część strumienia na zamykanie się między sobą zamiast przez stojan, a przy klejeniu bez odstępu praktycznie nie da się utrzymać równych podziałek. W opisanym wyżej wirniku magnes 40 mm przy podziałce 58 mm zajmuje około dwóch trzecich obwodu przypadającego na biegun — i to jest jedyna proporcja, którą możemy tu podać, bo wynika z konkretnej, zmierzonej przeróbki, a nie z ogólnej reguły.

Drugi wymiar — szerokość magnesu — dobiera się do długości pakietu blach stojana. Magnes szerszy od pakietu nie dokłada mocy, bo jego nadmiar świeci w powietrze. Trzeci wymiar, grubość, ogranicza szczelina powietrzna po obtoczeniu wirnika.

Magnesy warto ustawić pod niewielkim skosem względem osi wirnika. W opisanej konstrukcji było to 24° i zależy od tego, ile zębów obejmuje pojedyncza cewka. Skos zmniejsza moment zaczepowy, o którym niżej.

3. Który wymiar do którego silnika

Cztery wymiary magnesów płytkowych, które trafiają na wirniki najczęściej. Udźwig podany jest dla pojedynczego magnesu na płaskiej stalowej powierzchni — to wartość porównawcza, nie przekłada się wprost na moc prądnicy.

wymiar	udźwig	typowe zastosowanie
MPL 40x15x5 / N38	11,36 kg	wskazany w oryginalnym opisie przeróbki jako lepszy od 40x10x4
MPL 40x15x6 / N38	14,22 kg	wirniki większych silników, zwykle 8-12 biegunów
MPL 40x10x5 / N38	11,86 kg	silnik z pralki, wirnik średniej wielkości
MPL 40x10x4 / N38	9,32 kg	ciasny rowek, mniejsza średnica wirnika
MPL 25x10x5 / N38	7,49 kg	małe silniki, wirnik typowo do 60 mm

Przy wirniku z pralki najczęściej wchodzi 40x10x5, a jeśli po obtoczeniu zostało miejsce — 40x15x6. Wymiar 40x10x4 bierze się wtedy, gdy szczelina po obtoczeniu wyszła ciasna i grubszy magnes po prostu nie mieści się pod stojanem.

4. Klasa N38, N42 czy N52

Klasa opisuje maksymalny iloczyn energii magnesu. Wyższa klasa oznacza większą indukcję przy tym samym wymiarze — ale też wyższą cenę i niższą odporność na temperaturę. To ostatnie ma znaczenie w prądnicy, która pracuje pod obciążeniem i grzeje się od uzwojenia.

Wzrost mocy prądnicy nie jest proporcjonalny do wzrostu klasy. Powód opisałem przy okazji przeróbki silnika z pralki: stojan mieści ograniczoną ilość strumienia magnetycznego. Po przekroczeniu tej granicy nadmiar rozchodzi się w powietrzu i nie robi nic poza podniesieniem rachunku. Silniejsze magnesy nie powodują automatycznie wzrostu mocy.

Praktycznie: N38 jest domyślnym wyborem i w większości przeróbek wystarcza. N42 ma sens tam, gdzie miejsce na magnes jest wymuszone geometrią i nie da się wziąć grubszego. Po N52 warto sięgnąć tylko wtedy, gdy wirnik jest naprawdę mały, a każdy milimetr grubości jest wygrany — i pod warunkiem, że prądnica nie będzie się mocno grzać.

Magnesów klasy N27 nie polecam do tego zastosowania — są po prostu za słabe i szkoda na nie roboty przy wirniku.

5. Ułożenie biegunów na wirniku

Magnesy układa się naprzemiennie, biegunem na zewnątrz:

N → S → N → S → N → S → N → S → N → S → N → S

Przy dwunastu magnesach daje to sześć par biegunów. Kolejność sprawdza się najprościej innym magnesem albo kompasem — pomyłka nawet przy jednym magnesie wycina jedną cewkę z pracy i widać to od razu na napięciu.

Magnesy przyciągają się nawzajem podczas klejenia i potrafią zerwać się z pozycji, zanim klej złapie. Przy wymiarze 40x15x6 siła jest na tyle duża, że warto zrobić prowadnicę z drewna albo tektury i kleić po kolei, nie wszystkie naraz.

Pole warto zamknąć dwoma talerzami z blachy po obu stronach wirnika. Ogranicza to rozpraszanie strumienia poza pakiet stojana.

6. Powłoka i korozja

Sam materiał magnesu neodymowego jest podatny na korozję, dlatego magnesy pokrywa się warstwą Ni-Cu-Ni — nikiel, miedź, nikiel. Powłoka ma grubość rzędu kilkunastu mikrometrów i to ona odpowiada za trwałość magnesu, nie jego rdzeń.

Każde uszkodzenie tej warstwy otwiera drogę wilgoci. Magnes zaczyna korodować od zadrapania, rdza podchodzi pod powłokę i podnosi ją dalej, a materiał kruszy się i rozsypuje. W zamkniętym wirniku takiego magnesu nikt nie zobaczy, dopóki prądnica nie zacznie tracić mocy.

Praktyczne wnioski przy klejeniu wirnika:

nie szlifować magnesów i nie skracać ich na wymiar — po przecięciu rdzeń zostaje odsłonięty;
nie dopuszczać do zderzeń magnesu z magnesem, bo powłoka pęka od uderzenia równie łatwo jak szkło;
nie wiercić w magnesie otworów pod śruby;
po sklejeniu zabezpieczyć wirnik lakierem lub żywicą — chroni to powłokę mechanicznie i odcina wilgoć.

Wszystkie cztery wymiary z tabeli powyżej są w stałej sprzedaży w sklepie dhit.pl, razem z pozostałymi magnesami neodymowymi płytkowymi.