V poslední době, jak se technologie vyvíjí směrem k vysoké frekvenci a vysoké rychlosti, se ztráta vířivých proudů magnetů stala hlavním problémem. ZejménaNeodym železo bor(NdFeB) aSamarium kobalt(SmCo) magnety, jsou snadněji ovlivněny teplotou. Ztráta vířivých proudů se stala velkým problémem.
Tyto vířivé proudy vždy vedou k tvorbě tepla a následně ke snížení výkonu v motorech, generátorech a senzorech. Technologie magnetů proti vířivým proudům obvykle potlačuje vznik vířivého proudu nebo potlačuje pohyb indukovaného proudu.
„Magnet Power“ byla vyvinuta technologie proti vířivým proudům magnetů NdFeB a SmCo.
Vířivé proudy
Vířivé proudy vznikají ve vodivých materiálech, které jsou ve střídavém elektrickém poli nebo střídavém magnetickém poli. Podle Faradayova zákona střídavá magnetická pole generují elektřinu a naopak. V průmyslu se tento princip využívá při metalurgickém tavení. Prostřednictvím středofrekvenční indukce jsou vodivé materiály v kelímku, jako je Fe a další kovy, indukovány k vytváření tepla a nakonec jsou pevné materiály roztaveny.
Odpor NdFeB magnetů, SmCo magnetů nebo Alnico magnetů je vždy velmi nízký. Znázorněno v tabulce 1. Pokud tedy tyto magnety pracují v elektromagnetických zařízeních, interakce mezi magnetickým tokem a vodivými složkami velmi snadno generuje vířivé proudy.
Tabulka 1 Odpor NdFeB magnetů, SmCo magnetů nebo Alnico magnetů
| Magnety | Resistivita (mΩ·cm) |
| Alnico | 0,03-0,04 |
| SmCo | 0,05-0,06 |
| NdFeB | 0,09-0,10 |
Podle Lenzova zákona vedou vířivé proudy generované v magnetech NdFeB a SmCo k několika nežádoucím účinkům:
● Ztráta energie: Vířivými proudy se část magnetické energie přeměňuje na teplo, čímž se snižuje účinnost zařízení. Například ztráty železa a mědi způsobené vířivými proudy jsou hlavním faktorem účinnosti motorů. V souvislosti se snižováním emisí uhlíku je velmi důležité zlepšení účinnosti motorů.
● Generování tepla a demagnetizace: Magnety NdFeB i SmCo mají svou maximální provozní teplotu, což je kritický parametr permanentních magnetů. Teplo generované ztrátou vířivých proudů způsobuje nárůst teploty magnetů. Po překročení maximální provozní teploty dojde k demagnetizaci, která nakonec povede ke snížení funkce zařízení nebo vážným problémům s výkonem.
Zejména po vývoji vysokorychlostních motorů, jako jsou motory s magnetickými ložisky a motory se vzduchovými ložisky, se problém demagnetizace rotorů stal výraznějším. Obrázek 1 ukazuje rotor motoru se vzduchovým ložiskem s rychlostí30 000RPM. Teplota nakonec asi o něco stoupla500 °Ccož má za následek demagnetizaci magnetů.
Obr. a a c je diagram magnetického pole a rozdělení normálního rotoru.
b a d je diagram magnetického pole a rozdělení demagnetizovaného rotoru.
Kromě toho mají NdFeB magnety nízkou Curieovu teplotu (~320°C), díky čemuž dochází k jejich demagnetizaci. Curieovy teploty magnetů SmCo se pohybují mezi 750-820°C. NdFeB je snáze ovlivnitelný vířivými proudy než SmCo.
Technologie proti vířivým proudům
Bylo vyvinuto několik metod pro snížení vířivých proudů v magnetech NdFeB a SmCo. Tato první metoda spočívá ve změně složení a struktury magnetů pro zvýšení měrného odporu. Druhá metoda, která se vždy používá ve strojírenství k narušení tvorby velkých smyček vířivých proudů.
1.Zvýšení odporu magnetů
Gabay et.al. přidali CaF2, B2O3 k magnetům SmCo pro zlepšení měrného odporu, který se zvýšil ze 130 μΩ cm na 640 μΩ cm. Nicméně (BH)max a Br významně poklesly.
2. Laminování magnetů
Laminování magnetů je nejúčinnější metodou ve strojírenství.
Magnety byly nakrájeny na tenké vrstvy a poté slepeny dohromady. Rozhraní mezi dvěma kusy magnetů je izolační lepidlo. Elektrická cesta pro vířivé proudy je narušena. Tato technologie je široce používána ve vysokorychlostních motorech a generátorech. „Magnet Power“ bylo vyvinuto mnoho technologií pro zlepšení odporu magnetů. https://www.magnetpower-tech.com/high-electrical-impedance-eddy-current-series-product/
Prvním kritickým parametrem je odpor. Odpor laminovaných magnetů NdFeB a SmCo vyrobených společností „Magnet Power“ je vyšší než 2 MΩ·cm. Tyto magnety mohou výrazně inhibovat vedení proudu v magnetu a následně potlačit tvorbu tepla.
Druhým parametrem je tloušťka lepidla mezi kousky magnetů. Pokud je tloušťka vrstvy lepidla příliš vyšší, způsobí to zmenšení objemu magnetu, což má za následek snížení celkového magnetického toku. „Magnet Power“ dokáže vyrobit laminované magnety s tloušťkou vrstvy lepidla 0,05 mm.
3. Povlak s vysoce odolnými materiály
Na povrch magnetů se vždy nanášejí izolační povlaky, aby se zvýšil měrný odpor magnetů. Tyto povlaky působí jako bariéry, které snižují tok vířivých proudů na povrchu magnetu. Vždy se používají keramické povlaky, jako je epoxid nebo parylen.
Výhody technologie proti vířivým proudům
Technologie proti vířivým proudům je nezbytná v mnoha aplikacích s magnety NdFeB a SmCo. Včetně:
● Hvysokorychlostní motory: U vysokorychlostních motorů, což znamená, že otáčky jsou mezi 30 000-200 000 ot./min., je klíčovým požadavkem potlačení vířivých proudů a snížení tepla. Obrázek 3 ukazuje srovnávací teplotu normálního magnetu SmCo a protivířivého proudu SmCo při 2600 Hz. Když teplota normálních magnetů SmCo (levý červený) překročí 300 ℃, teplota magnetů SmCo proti vířivému proudu (pravá bule jedna) nepřekročí 150 ℃.
●MRI stroje: Snížení vířivých proudů je u MRI zásadní pro udržení stability systémů.
Technologie proti vířivým proudům je velmi důležitá pro zlepšení výkonu NdFeB a SmCo magnetů v mnoha aplikacích. Použitím technologií laminace, segmentace a povrchové úpravy lze vířivé proudy výrazně snížit v „Magnet Power“. Magnety NdFeB a SmCo proti vířivým proudům je možné použít v moderních elektromagnetických systémech.
Čas odeslání: 23. září 2024
