V poslednej dobe, ako sa technológia vyvíja smerom k vysokej frekvencii a vysokej rýchlosti, sa strata vírivých prúdov magnetov stala hlavným problémom. Najmä tenNeodymový železný bór(NdFeB) aSamarium kobalt(SmCo) magnety, sú ľahšie ovplyvnené teplotou. Strata vírivých prúdov sa stala veľkým problémom.
Tieto vírivé prúdy vždy vedú k tvorbe tepla a následne k zníženiu výkonu v motoroch, generátoroch a senzoroch. Technológia magnetov proti vírivým prúdom zvyčajne potláča vznik vírivého prúdu alebo potláča pohyb indukovaného prúdu.
„Magnet Power“ bola vyvinutá technológia proti vírivým prúdom magnetov NdFeB a SmCo.
Vírivé prúdy
Vírivé prúdy vznikajú vo vodivých materiáloch, ktoré sú v striedavom elektrickom poli alebo striedavom magnetickom poli. Podľa Faradayovho zákona striedavé magnetické polia generujú elektrinu a naopak. V priemysle sa tento princíp využíva pri metalurgickom tavení. Prostredníctvom stredofrekvenčnej indukcie sa vodivé materiály v tégliku, ako je Fe a iné kovy, indukujú, aby vytvárali teplo, a nakoniec sa tuhé materiály roztavia.
Odpor NdFeB magnetov, SmCo magnetov alebo Alnico magnetov je vždy veľmi nízky. Znázornené v tabuľke 1. Ak teda tieto magnety pracujú v elektromagnetických zariadeniach, interakcia medzi magnetickým tokom a vodivými zložkami veľmi ľahko vytvára vírivé prúdy.
Tabuľka 1 Odpor NdFeB magnetov, SmCo magnetov alebo Alnico magnetov
| Magnety | Resistivita (mΩ·cm) |
| Alnico | 0,03-0,04 |
| SmCo | 0,05-0,06 |
| NdFeB | 0,09-0,10 |
Podľa Lenzovho zákona vedú vírivé prúdy generované v magnetoch NdFeB a SmCo k niekoľkým nežiaducim účinkom:
● Strata energie: V dôsledku vírivých prúdov sa časť magnetickej energie premieňa na teplo, čím sa znižuje účinnosť zariadenia. Napríklad strata železa a straty medi v dôsledku vírivého prúdu sú hlavným faktorom účinnosti motorov. V kontexte znižovania emisií uhlíka je zlepšenie účinnosti motorov veľmi dôležité.
● Generovanie tepla a demagnetizácia: Magnety NdFeB aj SmCo majú svoju maximálnu prevádzkovú teplotu, ktorá je kritickým parametrom permanentných magnetov. Teplo generované stratou vírivých prúdov spôsobuje zvýšenie teploty magnetov. Po prekročení maximálnej prevádzkovej teploty dôjde k demagnetizácii, čo v konečnom dôsledku povedie k zníženiu funkcie zariadenia alebo vážnym problémom s výkonom.
Najmä po vývoji vysokorýchlostných motorov, ako sú motory s magnetickými ložiskami a motory so vzduchovými ložiskami, sa problém demagnetizácie rotorov stal dôležitejším. Obrázok 1 zobrazuje rotor motora so vzduchovým ložiskom s otáčkami30 000RPM. Teplota nakoniec stúpla asi tak500 °Cčo vedie k demagnetizácii magnetov.
Obr. a a c je diagram magnetického poľa a rozdelenie normálneho rotora.
b a d je diagram magnetického poľa a rozloženie demagnetizovaného rotora.
Okrem toho majú magnety NdFeB nízku Curieovu teplotu (~320 °C), vďaka čomu dochádza k ich demagnetizácii. Curieove teploty SmCo magnetov sa pohybujú medzi 750-820°C. NdFeB je ľahšie ovplyvnený vírivým prúdom ako SmCo.
Technológie proti vírivým prúdom
Bolo vyvinutých niekoľko metód na zníženie vírivých prúdov v magnetoch NdFeB a SmCo. Táto prvá metóda spočíva v zmene zloženia a štruktúry magnetov na zvýšenie odporu. Druhá metóda, ktorá sa vždy používa v strojárstve na narušenie tvorby veľkých slučiek vírivých prúdov.
1. Zvýšte odpor magnetov
Gabay et.al pridali CaF2, B2O3 k magnetom SmCo na zlepšenie odporu, ktorý sa zvýšil zo 130 μΩ cm na 640 μΩ cm. Avšak (BH)max a Br sa výrazne znížili.
2. Laminovanie magnetov
Laminovanie magnetov je najúčinnejšia metóda v strojárstve.
Magnety boli nakrájané na tenké vrstvy a potom zlepené dohromady. Rozhranie medzi dvoma kusmi magnetov je izolačné lepidlo. Elektrická dráha pre vírivé prúdy je narušená. Táto technológia je široko používaná vo vysokorýchlostných motoroch a generátoroch. „Magnet Power“ bolo vyvinutých veľa technológií na zlepšenie odporu magnetov. https://www.magnetpower-tech.com/high-electrical-impedance-eddy-current-series-product/
Prvým kritickým parametrom je odpor. Odpor laminovaných magnetov NdFeB a SmCo vyrobených spoločnosťou „Magnet Power“ je vyšší ako 2 MΩ·cm. Tieto magnety môžu výrazne inhibovať vedenie prúdu v magnete a následne potlačiť tvorbu tepla.
Druhým parametrom je hrúbka lepidla medzi kúskami magnetov. Ak je hrúbka vrstvy lepidla príliš väčšia, spôsobí to zmenšenie objemu magnetu, čo má za následok zníženie celkového magnetického toku. „Magnet Power“ dokáže vyrábať laminované magnety s hrúbkou vrstvy lepidla 0,05 mm.
3. Povlak vysoko odolnými materiálmi
Na povrch magnetov sa vždy nanášajú izolačné povlaky na zvýšenie odporu magnetov. Tieto povlaky pôsobia ako bariéry na zníženie toku vírivých prúdov na povrchu magnetu. Vždy sa používajú keramické povlaky, ako je epoxid alebo parylén.
Výhody technológie proti vírivým prúdom
Technológia proti vírivým prúdom sa zásadne používa v mnohých aplikáciách s magnetmi NdFeB a SmCo. Vrátane:
● Hvysokorýchlostné motory: Pri vysokorýchlostných motoroch, čo znamená, že otáčky sú medzi 30 000 – 200 000 ot./min., je kľúčovou požiadavkou potlačenie vírivých prúdov a zníženie tepla. Obrázok 3 ukazuje porovnávaciu teplotu normálneho magnetu SmCo a protivírivého prúdu SmCo v 2600 Hz. Keď teplota normálnych SmCo magnetov (ľavý červený) prekročí 300 ℃, teplota SmCo magnetov proti vírivému prúdu (pravá bula jedna) nepresiahne 150 ℃.
●MRI prístroje: Zníženie vírivých prúdov je pri MRI rozhodujúce pre udržanie stability systémov.
Technológia proti vírivým prúdom je veľmi dôležitá pre zlepšenie výkonu magnetov NdFeB a SmCo v mnohých aplikáciách. Použitím technológií laminácie, segmentácie a povrchovej úpravy môžu byť vírivé prúdy výrazne znížené v „Magnet Power“. Magnety proti vírivým prúdom NdFeB a SmCo je možné použiť v moderných elektromagnetických systémoch.
Čas odoslania: 23. septembra 2024
