Напоследък, тъй като технологията се развива към висока честота и висока скорост, загубата на вихрови токове на магнитите се превърна в основен проблем. Особено наНеодим Желязо Бор(NdFeB) иСамариев кобалт(SmCo) магнити се влияят по-лесно от температурата. Загубата на вихрови токове се превърна в основен проблем.
Тези вихрови токове винаги водят до генериране на топлина и след това до влошаване на производителността на двигателите, генераторите и сензорите. Технологията против вихрови токове на магнитите обикновено потиска генерирането на вихров ток или потиска движението на индуциран ток.
“Magnet Power” е разработена технология против вихрови токове на NdFeB и SmCo магнити.
Вихровите течения
Вихрови токове се генерират в проводими материали, които са в променливо електрическо поле или променливо магнитно поле. Според закона на Фарадей променливите магнитни полета генерират електричество и обратно. В промишлеността този принцип се използва при металургично топене. Чрез средночестотна индукция проводимите материали в тигела, като Fe и други метали, се индуцират да генерират топлина и накрая твърдите материали се стопяват.
Съпротивлението на NdFeB магнити, SmCo магнити или Alnico магнити винаги е много ниско. Показано в таблица 1. Следователно, ако тези магнити работят в електромагнитни устройства, взаимодействието между магнитния поток и проводимите компоненти генерира много лесно вихрови токове.
Таблица 1 Съпротивлението на NdFeB магнити, SmCo магнити или Alnico магнити
| Магнити | Rустойчивост (mΩ·см) |
| Алнико | 0,03-0,04 |
| SmCo | 0,05-0,06 |
| NdFeB | 0,09-0,10 |
Съгласно закона на Ленц, вихровите токове, генерирани в NdFeB и SmCo магнити, водят до няколко нежелани ефекта:
● Загуба на енергия: Поради вихрови токове, част от магнитната енергия се преобразува в топлина, което намалява ефективността на устройството. Например загубата на желязо и загубата на мед поради вихров ток е основният фактор за ефективност на двигателите. В контекста на намаляването на въглеродните емисии подобряването на ефективността на двигателите е много важно.
● Генериране на топлина и размагнитване: Магнитите NdFeB и SmCo имат своята максимална работна температура, която е критичен параметър за постоянните магнити. Топлината, генерирана от загубата на вихров ток, причинява повишаване на температурата на магнитите. След превишаване на максималната работна температура ще настъпи размагнитване, което в крайна сметка ще доведе до намаляване на функцията на устройството или сериозни проблеми с работата.
Особено след разработването на високоскоростни двигатели, като двигатели с магнитни лагери и двигатели с въздушни лагери, проблемът с размагнитването на роторите стана по-важен. Фигура 1 показва ротора на двигател с въздушен лагер със скорост от30 000RPM. В крайна сметка температурата се покачи с около500°C, което води до размагнитване на магнитите.
Фиг.1. a и c е съответно диаграмата на магнитното поле и разпределението на нормалния ротор.
b и d е съответно диаграмата на магнитното поле и разпределението на демагнетизирания ротор.
Освен това NdFeB магнитите имат ниска температура на Кюри (~320°C), което ги прави демагнетизирани. Температурите на Кюри на SmCo магнитите варират между 750-820°C. NdFeB по-лесно се влияе от вихрови токове, отколкото SmCo.
Технологии против вихрови токове
Разработени са няколко метода за намаляване на вихровите токове в магнитите NdFeB и SmCo. Този първи метод е да се промени съставът и структурата на магнитите, за да се подобри съпротивлението. Вторият метод, който винаги се използва в инженерството за прекъсване на образуването на големи вериги на вихрови токове.
1. Подобрете съпротивлението на магнитите
Gabay et.al са добавили CaF2, B2O3 към SmCo магнити, за да подобрят съпротивлението, което намалява от 130 μΩ cm до 640 μΩ cm. Въпреки това, (BH)max и Br намаляват значително.
2. Ламиниране на магнити
Ламинирането на магнитите е най-ефективният метод в инженерството.
Магнитите бяха нарязани на тънки слоеве и след това залепени заедно. Интерфейсът между две части от магнити е изолиращо лепило. Електрическият път за вихровите токове е нарушен. Тази технология се използва широко във високоскоростни двигатели и генератори. “Magnet Power” е разработил много технологии за подобряване на съпротивлението на магнитите. https://www.magnetpower-tech.com/high-electrical-impedance-eddy-current-series-product/
Първият критичен параметър е съпротивлението. Съпротивлението на ламинирани NdFeB и SmCo магнити, произведени от „Magnet Power“, е по-високо от 2 MΩ·cm. Тези магнити могат значително да възпрепятстват провеждането на ток в магнита и след това да потиснат генерирането на топлина.
Вторият параметър е дебелината на лепилото между парчета магнити. Ако дебелината на слоя лепило е твърде голяма, това ще доведе до намаляване на обема на магнита, което ще доведе до намаляване на общия магнитен поток. “Magnet Power” може да произвежда ламинирани магнити с дебелина на слоя лепило 0,05 mm.
3. Покритие с материали с високо съпротивление
Изолационните покрития винаги се прилагат върху повърхността на магнитите, за да се подобри съпротивлението на магнитите. Тези покрития действат като бариери, за да намалят потока от вихрови токове върху повърхността на магнита. Винаги се използват епоксидни или париленови керамични покрития.
Предимства на технологията против вихрови токове
Технологията против вихрови токове е от съществено значение, прилагана в много приложения с NdFeB и SmCo магнити. включително:
● Звисокоскоростни двигатели: При високоскоростни двигатели, което означава, че скоростта е между 30 000-200 000 RPM, потискането на вихровия ток и намаляването на топлината е ключовото изискване. Фигура 3 показва сравнителната температура на нормален SmCo магнит и противовихров ток SmCo при 2600Hz. Когато температурата на нормалните SmCo магнити (левият червен) надвишава 300 ℃, температурата на противовихровите SmCo магнити (десният червен) не надвишава 150 ℃.
●ЯМР машини: Намаляването на вихровите токове е критично при MRI за поддържане на стабилността на системите.
Технологията против вихрови токове е много важна за подобряване на работата на магнитите NdFeB и SmCo в много приложения. Чрез използването на технологии за ламиниране, сегментиране и покритие, вихровите токове могат да бъдат значително намалени в „магнитната мощност“. Противовихровите магнити NdFeB и SmCo могат да бъдат използвани в съвременните електромагнитни системи.
Време на публикуване: 23 септември 2024 г
