자석 검사는 풍력 터빈 설계 및 운영에서 매우 중요한 측면입니다. 터빈의 성능은 영구 자석의 자기장 분포의 균일성과 밀접한 관련이 있습니다. 이 사례 연구에서는 스칸디나비아에 기반을 둔 선도적인 스칸디나비아에 본사를 둔 한 제조업체는 터빈의 대형 곡면 자석의 자기장 분포와 품질을 검사할 수 있는 솔루션을 찾고 있었습니다. 이를 위해 이 제조업체는 거리 측정을 위한 추가 레이저 센서가 장착된 Magcam의 콤비 스캐너를 사용하여 Magcam의 MagScope 소프트웨어에서 최신 곡면 자석 윤곽 스캐닝 모듈을 사용했습니다.
프로필
도전 과제
이 과정에서 이 풍력 터빈 제조업체가 직면한 주요 과제 중 하나는 터빈에 사용되는 자석의 크기와 모양이었습니다. 자석이 크고 모양이 다양하여 자기장 분포를 정확하게 측정하기가 어려웠습니다. 게다가 최근 대형 풍력 발전기가 개발되면서 영구 자석의 형상을 최적화해야 했기 때문에 설계 프로세스가 더욱 복잡해졌습니다. 터빈의 전력 모듈에는 최대 140x80x30mm 크기의 사전 조립된 곡면 자석이 통합되어 있습니다. 이 애플리케이션의 샘플 수준에서는 자석의 표면이 평평합니다. 그러나 부품 수준에서는 자석이 곡면으로 제공됩니다.
솔루션
이러한 문제를 해결하기 위해 Magcam은 자체 개발한 소프트웨어인 MagScope를 활용하는 최신 곡면 자석 윤곽 스캐닝 솔루션을 개발했습니다. 이 솔루션을 사용하면 곡면 자성 표면의 자기장 분포를 평평한 자성 표면처럼 정확하게 측정할 수 있습니다. 곡률은 터빈 설계에서 필수적으로 고려해야 할 사항이므로 Magcam 윤곽 스캐닝 솔루션은 영구 자석 모듈 어셈블리를 초기 단계에서 쉽게 검증할 수 있도록 지원합니다.
이 대형 곡선형 자석은 스캐너의 로터 턴테이블에 장착된 전용 고정 클램프에 배치됩니다. 측정하는 동안. 예비 홀더는 고객이 제공했습니다. 하지만 이후 Magcam은 3D 프린팅으로 제작된 다목적 홀딩 클램프를 개발하여 동일한 홀딩 클램프에 다양한 유형의 자석을 쉽게 장착할 수 있도록 했습니다.
이 설정에서는 먼저 로터 모드에서 Magcam의 콤비 스캐너를 사용하여 자석의 모양과 위치에 대한 레이저 측정을 수행합니다. 다음 단계는 MiniCube 3D 자기장 카메라가 항상 자석의 표면에 수직으로 향하도록 스캔 경로를 결정하는 것이었습니다. 또한 고품질 측정을 얻으려면 경로가 매끄러워야 하고 스캐너의 사양에 맞아야 합니다.
Magcam은 선형 축과 회전 축을 동시에 움직여 이 작업에 성공했습니다. 연속된 밴드는 자석 높이에서 측정됩니다. 모든 밴드는 표준 MagScope 기능을 사용하여 자기장의 전체 이미지를 형성하기 위해 매끄럽게 스티칭됩니다.
자석 테스트 결과
초기 블록 마그넷 테스트
곡률이 없는 블록 자석의 초기 테스트는 벨기에의 Magcam 실험실에서 수행되었습니다. 블록 자석은 60x75x20mm의 직사각형 모양입니다. 초기 테스트에서는 자석 표면에서 0.5mm 떨어진 거리에서 자기장 분포를 측정했습니다. 전체 자기장과 그 거동을 포착하기 위해 측정 영역을 실제 자석 가장자리보다 최대 20mm까지 확장했습니다.
결과는 추가 분석 및 검증을 위해 테스트 프로세스 동영상, 다양한 테스트 설정 사진, MagScope 분석 소프트웨어 스크린샷, 측정된 원시 자기장 데이터를 판독 가능한 .csv 형식으로 고객에게 제공했습니다.
곡선형 자석 테스트
그 후 곡선형 자석에 대한 테스트가 수행되었으며 그 결과는 제조업체의 기대와 일치했습니다.. 제조업체는 이 데이터를 사용하여 터빈 자석의 설계와 성능을 최적화하여 최대의 효율과 성능을 보장했습니다.
이 측정 프로세스의 일부는 자석 표면의 전진 및 후진 방향에서 측정값을 활용하는 것입니다. 이동 속도, 표면 해상도, 측정 거리 사이의 균형점을 찾았으며 최종 사용자가 MagScope에서 조정할 수 있습니다.
강력한 자기장 스캐닝 시스템의 필수적인 부분인 MagScope는 다양한 새로운 측정 및 분석 기능과 사용자 인터페이스의 개선으로 업그레이드되었습니다.
자기장 분포 측정은 데이터를 자세히 분석하기 전에 자기장 분포 데이터를 수집하는 첫 단계에 불과합니다. 자기장 분포에는 측정된 자석의 품질에 대한 무수한 정보가 숨겨져 있습니다. 올바른 분석 알고리즘을 사용하면 원시 데이터에서 최대한의 정보를 추출할 수 있습니다.
측정 스캔 중에 수집된 데이터는 다양한 형식으로 저장할 수 있습니다. 예를 들어, Magcam의 바이너리.mcb 형식은 MagScope 내에서 열어서 재분석하거나 후처리할 수 있습니다. 또한 Magcam은 Excel, MATLAB 등과 같은 다른 분석 도구로 쉽게 가져올 수 있는 .csv 형식도 제공합니다.
Magcam 검사 결과, 조립 전 자화 후 풍력 터빈의 영구 자석의 자석 특성은 다음과 같습니다:
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전체 자석 표면에 대한 3D 자기장 분포의 세부 모양을 확인할 수 있습니다,
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자기장 분포의 불균일성,
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전체 자기장의 정렬이 잘못되었습니다,
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기계적 및 자기 가장자리 반올림 효과,
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총 자력 측정,
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자석 치수 정확도 검사.
"Magcam의 콤비 스캐너는 평평한 자성 표면과 곡면 자성 표면 모두 모양에 제한 없이 전체 자성 표면을 정확하게 측정할 수 있도록 도와줍니다. Magcam 팀과 곡면 문제에 대해 논의한 후, 그들은 주저하지 않고 MagScope 소프트웨어용 곡면 윤곽 스캔 애드온을 개발하고 다중 자석 유형 고정 도구를 추가로 설계했습니다."
현장 시운전 및 교육
Magcam의 엔지니어링 직원이 현장에서 스캐너를 보정하고 시운전한 후 교육 세션이 진행되었습니다. 목표는 엔지니어에게 다양한 측정 설정을 생성하고 데이터를 저장하는 방법을 가르치고 작업자가 미리 저장된 레이아웃에서 이러한 측정을 시작할 수 있도록 교육하는 것이었습니다. 품질 보증 담당자에게도 분석 결과를 분석, 저장 및 배포하는 방법에 대한 교육을 실시했습니다.
사례 연구의 역사
고객과의 첫 만남은 몇 년 전 덴마크에서 열린 컨퍼런스에서였습니다. 이후 독일에서 열린 전시회에서 미팅이 열렸고, 부스에 있던 Magcam의 전문가들이 고객사의 자석에 대한 첫 번째 라이브 데모 측정을 진행했습니다. 그 후 비밀유지계약(NDA)을 체결하고 보다 심도 있는 논의를 진행했습니다. 고객은 Magcam이 측정 및 분석 서비스를 수행한 후 MagScope 소프트웨어가 포함된 Magcam 콤비 스캐너를 구매하기로 결정했습니다.