Останнім часом, коли технологія розвивається в напрямку високої частоти та високої швидкості, втрати магнітів на вихрові струми стали серйозною проблемою. ОсобливоНеодим Залізо Бор(NdFeB) іСамарієвий кобальт(SmCo) магніти легше піддаються впливу температури. Втрати на вихрові струми стали серйозною проблемою.
Ці вихрові струми завжди призводять до виділення тепла, а потім до погіршення продуктивності двигунів, генераторів і датчиків. Технологія противихрових струмів магнітів зазвичай пригнічує генерацію вихрових струмів або пригнічує рух індукційного струму.
«Magnet Power» розробила противихрову технологію магнітів NdFeB і SmCo.
Вихрові течії
Вихрові струми генеруються в провідних матеріалах, які перебувають у змінному електричному або змінному магнітному полі. Відповідно до закону Фарадея змінні магнітні поля породжують електрику, і навпаки. У промисловості цей принцип використовується при металургійній плавці. Завдяки індукції середньої частоти провідні матеріали в тиглі, такі як Fe та інші метали, спонукають виробляти тепло, і, нарешті, тверді матеріали плавляться.
Питомий опір магнітів NdFeB, SmCo або Alnico завжди дуже низький. Показано в таблиці 1. Отже, якщо ці магніти працюють в електромагнітних пристроях, взаємодія між магнітним потоком і провідними компонентами дуже легко породжує вихрові струми.
Таблиця 1 Питомий опір магнітів NdFeB, магнітів SmCo або магнітів Alnico
| магніти | Rстійкість (мΩ·см) |
| Алніко | 0,03-0,04 |
| SmCo | 0,05-0,06 |
| NdFeB | 0,09-0,10 |
Відповідно до закону Ленца, вихрові струми, що генеруються в магнітах NdFeB і SmCo, призводять до кількох небажаних ефектів:
● Втрата енергії: Через вихрові струми частина магнітної енергії перетворюється на тепло, знижуючи ефективність пристрою. Наприклад, втрати заліза та втрати міді через вихрові струми є основним фактором ефективності двигунів. У контексті скорочення викидів вуглецю підвищення ефективності двигунів є дуже важливим.
● Генерація тепла та розмагнічування: Магніти NdFeB і SmCo мають максимальну робочу температуру, яка є критичним параметром постійних магнітів. Тепло, що утворюється внаслідок втрати вихрових струмів, викликає підвищення температури магнітів. Після перевищення максимальної робочої температури відбудеться розмагнічування, що в кінцевому підсумку призведе до зниження функціональності пристрою або серйозних проблем з його роботою.
Особливо після розробки високошвидкісних двигунів, таких як двигуни з магнітними підшипниками та двигуни з повітряними підшипниками, проблема розмагнічування роторів стала більш помітною. На малюнку 1 зображено ротор повітряного двигуна зі швидкістю30 000RPM. Згодом температура піднялася приблизно на500°C, що призводить до розмагнічування магнітів.
Рис.1. a і c – діаграма магнітного поля та розподіл нормального ротора відповідно.
b і d – діаграма магнітного поля та розподіл розмагніченого ротора відповідно.
Крім того, магніти NdFeB мають низьку температуру Кюрі (~320°C), що робить їх розмагнічуванням. Температура Кюрі магнітів SmCo становить 750-820 °C. NdFeB легше піддається впливу вихрових струмів, ніж SmCo.
Противихрострумові технології
Було розроблено декілька методів зменшення вихрових струмів у магнітах NdFeB та SmCo. Цей перший метод полягає у зміні складу та структури магнітів для підвищення питомого опору. Другий метод, який завжди використовується в техніці, щоб порушити утворення великих вихрових струмів.
1. Збільште питомий опір магнітів
Gabay et.al додали CaF2, B2O3 до магнітів SmCo для покращення питомого опору, який збільшився зі 130 мкОм см до 640 мкОм см. Однак (BH)max і Br значно знизилися.
2. Ламінування магнітів
Ламінування магнітів є найефективнішим методом у техніці.
Магніти були нарізані на тонкі шари, а потім склеєні. Інтерфейс між двома частинами магнітів є ізоляційним клеєм. Електричний шлях для вихрових струмів порушується. Ця технологія широко використовується у високошвидкісних двигунах і генераторах. “Magnet Power” було розроблено багато технологій для підвищення питомого опору магнітів. https://www.magnetpower-tech.com/high-electrical-impedance-eddy-current-series-product/
Першим критичним параметром є питомий опір. Питомий опір ламінованих магнітів NdFeB і SmCo, виготовлених «Magnet Power», перевищує 2 МОм·см. Ці магніти можуть значно перешкоджати провідності струму в магніті, а потім пригнічувати виділення тепла.
Другий параметр - товщина клею між шматочками магнітів. Якщо товщина шару клею занадто висока, це призведе до зменшення об’єму магніту, що призведе до зменшення загального магнітного потоку. «Magnet Power» може виготовляти ламіновані магніти з товщиною шару клею 0,05 мм.
3. Покриття високоомними матеріалами
На поверхню магнітів завжди наносять ізоляційні покриття для підвищення питомого опору магнітів. Ці покриття діють як бар’єри, щоб зменшити потік вихрових струмів на поверхні магніту. Завжди використовуються такі керамічні покриття, як епоксидні або париленові.
Переваги технології противихрових струмів
Технологія захисту від вихрових струмів має важливе значення для багатьох застосувань з магнітами NdFeB і SmCo. в тому числі:
● Хвисокошвидкісні двигуни: Для високошвидкісних двигунів, що означає швидкість між 30 000-200 000 обертів за хвилину, придушення вихрових струмів і зменшення тепла є ключовою вимогою. На малюнку 3 показано порівняльну температуру нормального магніту SmCo та SmCo проти вихрових струмів у 2600 Гц. Коли температура звичайних магнітів SmCo (лівий червоний) перевищує 300 ℃, температура противихрових магнітів SmCo (праворуч один) не перевищує 150 ℃.
●Апарати МРТ: Зменшення вихрових струмів має вирішальне значення в МРТ для підтримки стабільності систем.
Технологія захисту від вихрових струмів дуже важлива для покращення продуктивності магнітів NdFeB і SmCo у багатьох сферах застосування. Використовуючи технології ламінування, сегментації та покриття, вихрові струми можна значно зменшити в «Потужності магніту». Противихрові магніти NdFeB і SmCo можливе застосування в сучасних електромагнітних системах.
Час публікації: 23 вересня 2024 р
