V zadnjem času, ko se tehnologija razvija v smeri visoke frekvence in visoke hitrosti, je izguba magnetov zaradi vrtinčnih tokov postala velik problem. Še posebejNeodim železo bor(NdFeB) inSamarijev kobalt(SmCo) magneti so lažje pod vplivom temperature. Izguba zaradi vrtinčnih tokov je postala velik problem.
Ti vrtinčni tokovi vedno povzročijo nastajanje toplote in nato poslabšanje delovanja motorjev, generatorjev in senzorjev. Tehnologija magnetov proti vrtinčnim tokovom običajno zavira nastajanje vrtinčnih tokov ali zavira gibanje induciranega toka.
"Magnet Power" je razvil tehnologijo proti vrtinčnim tokovom magnetov NdFeB in SmCo.
Vrtinčni tokovi
V prevodnih materialih, ki so v izmeničnem električnem ali izmeničnem magnetnem polju, nastajajo vrtinčni tokovi. Po Faradayevem zakonu izmenična magnetna polja ustvarjajo elektriko in obratno. V industriji se ta princip uporablja pri metalurškem taljenju. S srednjefrekvenčno indukcijo se prevodni materiali v lončku, kot so Fe in druge kovine, inducirajo k ustvarjanju toplote, na koncu pa se trdni materiali stopijo.
Upornost magnetov NdFeB, magnetov SmCo ali magnetov Alnico je vedno zelo nizka. Prikazano v tabeli 1. Če torej ti magneti delujejo v elektromagnetnih napravah, interakcija med magnetnim tokom in prevodnimi komponentami zelo enostavno ustvari vrtinčne tokove.
Tabela 1 Upornost magnetov NdFeB, magnetov SmCo ali magnetov Alnico
| Magneti | Rodpornost (mΩ·cm) |
| Alnico | 0,03-0,04 |
| SmCo | 0,05-0,06 |
| NdFeB | 0,09-0,10 |
V skladu z Lenzovim zakonom vrtinčni tokovi, ki nastanejo v magnetih NdFeB in SmCo, povzročijo številne neželene učinke:
● Izguba energije: Zaradi vrtinčnih tokov se del magnetne energije pretvori v toploto, kar zmanjša učinkovitost naprave. Na primer, izguba železa in izguba bakra zaradi vrtinčnih tokov je glavni dejavnik učinkovitosti motorjev. V kontekstu zmanjševanja emisij ogljika je izboljšanje učinkovitosti motorjev zelo pomembno.
● Generiranje toplote in razmagnetenje: Tako magneti NdFeB kot SmCo imajo najvišjo delovno temperaturo, ki je kritični parameter trajnih magnetov. Toplota, ki nastane zaradi izgube vrtinčnega toka, povzroči dvig temperature magnetov. Ko je najvišja delovna temperatura presežena, bo prišlo do razmagnetenja, kar bo sčasoma povzročilo zmanjšanje delovanja naprave ali resne težave z delovanjem.
Zlasti po razvoju visokohitrostnih motorjev, kot so motorji z magnetnimi ležaji in motorji z zračnimi ležaji, je problem razmagnetenja rotorjev postal bolj izrazit. Slika 1 prikazuje rotor motorja z zračnimi ležaji s hitrostjo30.000RPM. Temperatura se je na koncu dvignila za približno500°C, kar povzroči razmagnetenje magnetov.
Fig1. a in c sta diagram magnetnega polja in porazdelitev normalnega rotorja.
b in d sta diagram magnetnega polja in porazdelitev razmagnetenega rotorja.
Poleg tega imajo magneti NdFeB nizko Curiejevo temperaturo (~320 °C), zaradi česar se razmagnetijo. Curiejeva temperatura magnetov SmCo se giblje med 750-820 °C. Na NdFeB je lažje vplivati vrtinčni tok kot na SmCo.
Tehnologije proti vrtinčnim tokovom
Razvitih je bilo več metod za zmanjšanje vrtinčnih tokov v magnetih NdFeB in SmCo. Ta prva metoda je sprememba sestave in strukture magnetov za povečanje upornosti. Druga metoda, ki se vedno uporablja v tehniki za prekinitev nastajanja velikih zank vrtinčnih tokov.
1. Povečajte upornost magnetov
Gabay in drugi so magnetom SmCo dodali CaF2, B2O3, da bi izboljšali upornost, ki se je povečala s 130 μΩ cm na 640 μΩ cm. Vendar sta se (BH)max in Br znatno zmanjšala.
2. Laminacija magnetov
Laminiranje magnetov je najučinkovitejša metoda v inženirstvu.
Magnete so narezali na tanke plasti in jih nato zlepili skupaj. Vmesnik med dvema kosoma magnetov je izolacijsko lepilo. Električna pot za vrtinčne tokove je motena. Ta tehnologija se pogosto uporablja v visokohitrostnih motorjih in generatorjih. "Magnet Power" je razvil veliko tehnologij za izboljšanje upornosti magnetov. https://www.magnetpower-tech.com/high-electrical-impedance-eddy-current-series-product/
Prvi kritični parameter je upornost. Upornost laminiranih magnetov NdFeB in SmCo, ki jih proizvaja »Magnet Power«, je višja od 2 MΩ·cm. Ti magneti lahko znatno zavirajo prevajanje toka v magnetu in nato zavirajo nastajanje toplote.
Drugi parameter je debelina lepila med kosi magnetov. Če je debelina sloja lepila prevelika, bo to povzročilo zmanjšanje prostornine magneta, kar bo povzročilo zmanjšanje celotnega magnetnega pretoka. “Magnet Power” lahko izdeluje laminirane magnete z debelino sloja lepila 0,05 mm.
3. Prevleka z materiali z visoko upornostjo
Na površino magnetov se vedno nanesejo izolacijski premazi, da se poveča upornost magnetov. Ti premazi delujejo kot ovire, da zmanjšajo pretok vrtinčnih tokov na površini magneta. Vedno se uporabljajo keramični premazi, kot sta epoksi ali parilen.
Prednosti tehnologije proti vrtinčnim tokovom
Tehnologija proti vrtinčnim tokovom je bistvena za uporabo v številnih aplikacijah z magneti NdFeB in SmCo. Vključno z:
● Hvisokohitrostni motorji: Pri motorjih z visoko hitrostjo, kar pomeni, da je hitrost med 30.000 in 200.000 RPM, je ključna zahteva zadušitev vrtinčnega toka in zmanjšanje toplote. Slika 3 prikazuje primerjalno temperaturo običajnega magneta SmCo in protivrtinčnega toka SmCo pri 2600 Hz. Ko temperatura normalnih SmCo magnetov (levo rdeče) preseže 300 ℃, temperatura protivrtinčnih tokovnih SmCo magnetov (desno rdeča) ne preseže 150 ℃.
●MRI stroji: Zmanjšanje vrtinčnih tokov je ključnega pomena pri MRI za ohranjanje stabilnosti sistemov.
Tehnologija proti vrtinčnim tokovom je zelo pomembna za izboljšanje delovanja magnetov NdFeB in SmCo v številnih aplikacijah. Z uporabo tehnologij laminacije, segmentacije in premazov je mogoče vrtinčne tokove znatno zmanjšati v "Magnet Power". Protivrtinčne magnete NdFeB in SmCo je mogoče uporabiti v sodobnih elektromagnetnih sistemih.
Čas objave: 23. septembra 2024
