Ostatnio, wraz z rozwojem technologii w kierunku wysokich częstotliwości i dużych prędkości, poważnym problemem stała się utrata magnesów w wyniku prądów wirowych. ZwłaszczaNeodym Żelazo Bor(NdFeB) iSamar-kobaltMagnesy (SmCo) łatwiej ulegają wpływowi temperatury. Straty wiroprądowe stały się poważnym problemem.
Te prądy wirowe zawsze powodują wytwarzanie ciepła, a następnie pogorszenie wydajności silników, generatorów i czujników. Technologia magnesów przeciwprądowych zwykle tłumi powstawanie prądów wirowych lub ruch prądu indukowanego.
„Magnet Power” został opracowany w oparciu o technologię przeciwprądową magnesów NdFeB i SmCo.
Prądy wirowe
Prądy wirowe powstają w materiałach przewodzących znajdujących się w zmiennym polu elektrycznym lub zmiennym polu magnetycznym. Zgodnie z prawem Faradaya zmienne pola magnetyczne wytwarzają energię elektryczną i odwrotnie. W przemyśle zasadę tę stosuje się przy topieniu metalurgicznym. Poprzez indukcję średniej częstotliwości materiały przewodzące w tyglu, takie jak Fe i inne metale, są indukowane w celu wytworzenia ciepła, a na koniec materiały stałe ulegają stopieniu.
Rezystywność magnesów NdFeB, magnesów SmCo lub magnesów Alnico jest zawsze bardzo niska. Pokazano to w tabeli 1. Jeśli więc magnesy te pracują w urządzeniach elektromagnetycznych, interakcja pomiędzy strumieniem magnetycznym a elementami przewodzącymi bardzo łatwo generuje prądy wirowe.
Tabela 1 Rezystywność magnesów NdFeB, magnesów SmCo lub magnesów Alnico
| Magnesy | Roporność (mΩ·cm) |
| Alnico | 0,03-0,04 |
| SmCo | 0,05-0,06 |
| NdFeB | 0,09-0,10 |
Zgodnie z prawem Lenza prądy wirowe generowane w magnesach NdFeB i SmCo prowadzą do kilku niepożądanych efektów:
● Straty energii: Ze względu na prądy wirowe część energii magnetycznej zamienia się w ciepło, co zmniejsza wydajność urządzenia. Na przykład straty żelaza i miedzi spowodowane prądami wirowymi są głównym czynnikiem wydajności silników. W kontekście redukcji emisji dwutlenku węgla bardzo ważna jest poprawa sprawności silników.
● Wytwarzanie ciepła i rozmagnesowanie: Zarówno magnesy NdFeB, jak i SmCo mają maksymalną temperaturę roboczą, która jest krytycznym parametrem magnesów trwałych. Ciepło generowane przez utratę prądu wirowego powoduje wzrost temperatury magnesów. Po przekroczeniu maksymalnej temperatury roboczej nastąpi rozmagnesowanie, które ostatecznie doprowadzi do pogorszenia funkcjonalności urządzenia lub poważnych problemów z wydajnością.
Zwłaszcza po opracowaniu silników o dużej prędkości, takich jak silniki z łożyskami magnetycznymi i silniki z łożyskami powietrznymi, problem rozmagnesowania wirników stał się bardziej widoczny. Rysunek 1 przedstawia wirnik silnika z łożyskiem powietrznym o prędkości30 000obr./min. Ostatecznie temperatura wzrosła o ok500°C, co powoduje rozmagnesowanie magnesów.
Ryc. 1. a i c to odpowiednio wykres pola magnetycznego i rozkład normalnego wirnika.
b i d to odpowiednio wykres pola magnetycznego i rozkład rozmagnesowanego wirnika.
Ponadto magnesy NdFeB mają niską temperaturę Curie (~320°C), co powoduje ich rozmagnesowanie. Temperatury Curie magnesów SmCo wahają się pomiędzy 750-820°C. Prąd wirowy łatwiej ulega wpływowi na NdFeB niż na SmCo.
Technologie przeciwprądowe
Opracowano kilka metod redukcji prądów wirowych w magnesach NdFeB i SmCo. Pierwsza metoda polega na zmianie składu i struktury magnesów w celu zwiększenia ich rezystywności. Druga metoda, która jest zawsze stosowana w inżynierii, aby przerwać powstawanie dużych pętli prądów wirowych.
1. Zwiększ rezystywność magnesów
Gabay i in. dodali CaF2, B2O3 do magnesów SmCo w celu poprawy rezystywności, która wzrosła ze 130 μΩ cm- do 640 μΩ cm-. Jednakże (BH)max i Br znacznie spadły.
2. Laminowanie magnesów
Laminowanie magnesów jest najskuteczniejszą metodą w inżynierii.
Magnesy pocięto na cienkie warstwy, a następnie sklejono ze sobą. Połączeniem dwóch kawałków magnesów jest klej izolacyjny. Ścieżka elektryczna prądów wirowych jest zakłócona. Technologia ta jest szeroko stosowana w szybkich silnikach i generatorach. W „Magnet Power” opracowano wiele technologii poprawiających rezystywność magnesów. https://www.magnetpower-tech.com/high-electrical-impedance-eddy-current-series-product/
Pierwszym krytycznym parametrem jest rezystywność. Rezystywność laminowanych magnesów NdFeB i SmCo produkowanych przez „Magnet Power” przekracza 2 MΩ·cm. Magnesy te mogą znacznie hamować przewodzenie prądu w magnesie, a następnie tłumić wytwarzanie ciepła.
Drugim parametrem jest grubość kleju pomiędzy kawałkami magnesów. Jeśli grubość warstwy kleju będzie zbyt duża, spowoduje to zmniejszenie objętości magnesu, co spowoduje zmniejszenie całkowitego strumienia magnetycznego. „Magnet Power” może produkować magnesy laminowane o grubości warstwy kleju 0,05 mm.
3. Powlekanie materiałami o wysokiej odporności
Powłoki izolacyjne są zawsze nakładane na powierzchnię magnesów w celu zwiększenia ich rezystywności. Powłoki te działają jak bariery ograniczające przepływ prądów wirowych na powierzchni magnesu. Zawsze stosuje się powłoki ceramiczne, takie jak epoksydowe lub parylenowe.
Korzyści z technologii przeciwprądowej
Technologia przeciwprądowa jest niezbędna w wielu zastosowaniach z magnesami NdFeB i SmCo. W tym:
● Hsilniki o dużej prędkości: W silnikach o dużej prędkości, co oznacza, że prędkość wynosi od 30 000 do 200 000 obr./min, kluczowym wymaganiem jest tłumienie prądów wirowych i redukcja ciepła. Rysunek 3 pokazuje temperaturę porównawczą normalnego magnesu SmCo i SmCo przeciwprądu wirowego przy 2600 Hz. Gdy temperatura normalnych magnesów SmCo (lewy czerwony) przekracza 300℃, temperatura magnesów przeciwwirowych SmCo (prawy niebieski) nie przekracza 150℃.
●Maszyny MRI: Redukcja prądów wirowych ma kluczowe znaczenie w MRI, aby utrzymać stabilność systemów.
Technologia przeciwprądowa jest bardzo ważna dla poprawy wydajności magnesów NdFeB i SmCo w wielu zastosowaniach. Dzięki zastosowaniu technologii laminowania, segmentacji i powlekania prądy wirowe można znacznie zmniejszyć w „Magnet Power”. Magnesy przeciwwirowe NdFeB i SmCo mają możliwość zastosowania w nowoczesnych układach elektromagnetycznych.
Czas publikacji: 23 września 2024 r
