Viime aikoina tekniikan kehittyessä kohti korkeataajuutta ja suurta nopeutta magneettien pyörrevirtahäviöstä on tullut suuri ongelma. VarsinkinNeodyymi rautaboori(NdFeB) jaSamariumin koboltti(SmCo) magneetteihin, lämpötila vaikuttaa helpommin. Pyörrevirran menetyksestä on tullut suuri ongelma.
Nämä pyörrevirrat johtavat aina lämmön muodostumiseen ja sitten moottoreiden, generaattoreiden ja antureiden suorituskyvyn heikkenemiseen. Magneettien pyörrevirtatekniikka yleensä vaimentaa pyörrevirran syntymistä tai vaimentaa indusoidun virran liikettä.
"Magnet Power" on kehitetty NdFeB- ja SmCo-magneettien pyörrevirtatekniikalla.
Pyörrevirtaukset
Pyörrevirtoja syntyy johtavissa materiaaleissa, jotka ovat vaihtuvassa sähkökentässä tai vaihtuvassa magneettikentässä. Faradayn lain mukaan vuorottelevat magneettikentät tuottavat sähköä ja päinvastoin. Teollisuudessa tätä periaatetta käytetään metallurgisessa sulatuksessa. Keskitaajuisen induktion avulla upokkaassa olevat johtavat materiaalit, kuten Fe ja muut metallit, saatetaan tuottamaan lämpöä, ja lopuksi kiinteät materiaalit sulavat.
NdFeB-, SmCo- tai Alnico-magneettien resistiivisyys on aina hyvin pieni. Näkyy taulukossa 1. Siksi, jos nämä magneetit toimivat sähkömagneettisissa laitteissa, magneettivuon ja johtavien komponenttien välinen vuorovaikutus synnyttää erittäin helposti pyörrevirtoja.
Taulukko 1 NdFeB-, SmCo- tai Alnico-magneettien ominaisvastus
| Magneetit | Resistivyys (mΩ·cm) |
| Alnico | 0,03-0,04 |
| SmCo | 0,05-0,06 |
| NdFeB | 0,09-0,10 |
Lenzin lain mukaan NdFeB- ja SmCo-magneeteissa syntyvät pyörrevirrat johtavat useisiin ei-toivottuihin vaikutuksiin:
● Energian menetys: Pyörrevirtojen takia osa magneettisesta energiasta muuttuu lämmöksi, mikä vähentää laitteen tehokkuutta. Esimerkiksi pyörrevirran aiheuttama rautahäviö ja kuparihäviö ovat moottorien pääasiallinen hyötysuhde. Hiilipäästöjen vähentämisen yhteydessä moottoreiden hyötysuhteen parantaminen on erittäin tärkeää.
● Lämmöntuotanto ja demagnetointi: Sekä NdFeB- että SmCo-magneeteilla on maksimikäyttölämpötilansa, joka on kestomagneettien kriittinen parametri. Pyörrevirtahäviön tuottama lämpö nostaa magneettien lämpötilaa. Kun enimmäiskäyttölämpötila ylittyy, tapahtuu demagnetoitumista, mikä johtaa lopulta laitteen toiminnan heikkenemiseen tai vakaviin suorituskykyongelmiin.
Erityisesti nopeiden moottoreiden, kuten magneettilaakerimoottorien ja ilmalaakerimoottorien, kehityksen jälkeen roottoreiden demagnetointiongelma on tullut näkyvämmäksi. Kuvassa 1 on ilmalaakeroidun moottorin roottori nopeudella30 000RPM. Lämpötila nousi lopulta n500 °C, mikä johtaa magneettien demagnetoitumiseen.
Kuva 1. a ja c ovat normaaliroottorin magneettikenttäkaavio ja jakauma, vastaavasti.
b ja d ovat demagnetoidun roottorin magneettikenttäkaavio ja jakauma, vastaavasti.
Lisäksi NdFeB-magneeteilla on alhainen Curie-lämpötila (~320 °C), mikä tekee niistä demagnetoituvan. SmCo-magneettien curie-lämpötilat vaihtelevat välillä 750-820°C. Pyörrevirta vaikuttaa helpommin NdFeB:hen kuin SmCo.
Pyörrevirran vastaiset tekniikat
NdFeB- ja SmCo-magneettien pyörrevirtojen vähentämiseksi on kehitetty useita menetelmiä. Ensimmäinen menetelmä on muuttaa magneettien koostumusta ja rakennetta resistiivisyyden parantamiseksi. Toinen menetelmä, jota käytetään aina suunnittelussa suurten pyörrevirtasilmukoiden muodostumisen häiritsemiseksi.
1. Paranna magneettien resistiivisyyttä
Gabay ym. ovat lisänneet CaF2:ta, B2O3:a SmCo-magneetteihin resistiivisyyden parantamiseksi, mikä pienenee 130 μΩ cm:stä 640 μΩ cm:iin. Kuitenkin (BH)max ja Br laskivat merkittävästi.
2. Magneettien laminointi
Magneettien laminointi on tekniikan tehokkain menetelmä.
Magneetit leikattiin ohuiksi kerroksiksi ja liimattiin sitten yhteen. Kahden magneettikappaleen välinen rajapinta on eristävää liimaa. Pyörrevirtojen sähkötie on häiriintynyt. Tätä tekniikkaa käytetään laajalti nopeissa moottoreissa ja generaattoreissa. "Magnet Power" on kehitetty monia teknologioita parantaakseen magneettien ominaisvastusta. https://www.magnetpower-tech.com/high-electrical-impedance-eddy-current-series-product/
Ensimmäinen kriittinen parametri on ominaisvastus. ”Magnet Powerin” tuottamien laminoitujen NdFeB- ja SmCo-magneettien resistiivisyys on suurempi kuin 2 MΩ·cm. Nämä magneetit voivat merkittävästi estää virran johtamista magneetissa ja sitten tukahduttaa lämmön muodostumisen.
Toinen parametri on magneettipalojen välisen liiman paksuus. Jos liimakerroksen paksuus on liian korkea, magneetin tilavuus pienenee, mikä johtaa kokonaismagneettivuon vähenemiseen. "Magnet Power" pystyy valmistamaan laminoituja magneetteja, joiden liimakerroksen paksuus on 0,05 mm.
3. Päällystäminen korkearesistiivisillä materiaaleilla
Magneettien pinnalle levitetään aina eristäviä pinnoitteita magneettien resistiivisyyden parantamiseksi. Nämä pinnoitteet toimivat esteinä ja vähentävät pyörrevirtaa magneetin pinnalla. Keraamisia pinnoitteita, kuten epoksia tai paryleenia, käytetään aina.
Eddy Current -tekniikan edut
Pyörrevirtateknologiaa käytetään monissa sovelluksissa NdFeB- ja SmCo-magneettien kanssa. Mukaan lukien:
● Hnopeat moottorit: Suurinopeuksisissa moottoreissa, mikä tarkoittaa, että nopeus on välillä 30 000-200 000 RPM, pyörrevirran vaimentaminen ja lämmön vähentäminen on keskeinen vaatimus. Kuva 3 esittää normaalin SmCo-magneetin ja pyörrevirran SmCo:n vertailulämpötilaa 2600 Hz:ssä. Kun normaalien SmCo-magneettien lämpötila (vasen punainen) ylittää 300 ℃, pyörrevirranestomagneettien (oikea bule yksi) lämpötila ei ylitä 150 ℃.
●MRI-koneet: Pyörrevirtojen vähentäminen on kriittistä magneettikuvauksessa järjestelmien vakauden ylläpitämiseksi.
Pyörrevirtateknologia on erittäin tärkeä NdFeB- ja SmCo-magneettien suorituskyvyn parantamiseksi monissa sovelluksissa. Laminointi-, segmentointi- ja pinnoitustekniikoiden avulla pyörrevirtoja voidaan vähentää merkittävästi "Magnet Powerissa". Pyörrevirranestomagneetteja NdFeB ja SmCo voidaan käyttää nykyaikaisissa sähkömagneettisissa järjestelmissä.
Postitusaika: 23.9.2024
