Nedavno, kako se tehnologija razvija prema visokoj frekvenciji i brzini, gubitak magneta zbog vrtložne struje postao je veliki problem. PosebnoNeodimij Željezo Bor(NdFeB) iSamarijev kobalt(SmCo) magneti lakše podliježu utjecaju temperature. Gubitak vrtložne struje postao je veliki problem.
Ove vrtložne struje uvijek rezultiraju stvaranjem topline, a zatim degradacijom performansi u motorima, generatorima i senzorima. Tehnologija magneta protiv vrtložnih struja obično suzbija stvaranje vrtložnih struja ili potiskuje kretanje induciranih struja.
“Magnet Power” je razvila tehnologiju protiv vrtložnih struja NdFeB i SmCo magneta.
Vrtložne struje
Vrtložne struje nastaju u vodljivim materijalima koji su u izmjeničnom električnom polju ili izmjeničnom magnetskom polju. Prema Faradayevom zakonu, izmjenična magnetska polja stvaraju električnu energiju i obrnuto. U industriji se ovaj princip koristi u metalurškom taljenju. Srednjofrekventnom indukcijom, vodljivi materijali u loncu, kao što su Fe i drugi metali, potiču se na stvaranje topline, a na kraju se kruti materijali tope.
Otpornost NdFeB magneta, SmCo magneta ili Alnico magneta uvijek je vrlo niska. Prikazano u tablici 1. Stoga, ako ovi magneti rade u elektromagnetskim uređajima, interakcija između magnetskog toka i vodljivih komponenti vrlo lako stvara vrtložne struje.
Tablica 1. Otpornost NdFeB magneta, SmCo magneta ili Alnico magneta
| Magneti | Rotpornost (mΩ·cm) |
| Alnico | 0,03-0,04 |
| SmCo | 0,05-0,06 |
| NdFeB | 0,09-0,10 |
Prema Lenzovom zakonu, vrtložne struje generirane u magnetima NdFeB i SmCo dovode do nekoliko neželjenih učinaka:
● Gubitak energije: Zbog vrtložnih struja, dio magnetske energije se pretvara u toplinu, smanjujući učinkovitost uređaja. Na primjer, gubitak željeza i gubitak bakra zbog vrtložnih struja glavni je faktor učinkovitosti motora. U kontekstu smanjenja emisije ugljika, poboljšanje učinkovitosti motora je vrlo važno.
● Generiranje topline i demagnetizacija: I NdFeB i SmCo magneti imaju svoju maksimalnu radnu temperaturu, što je kritični parametar trajnih magneta. Toplina nastala gubitkom vrtložne struje uzrokuje porast temperature magneta. Nakon što se prekorači maksimalna radna temperatura, doći će do demagnetizacije, što će na kraju dovesti do smanjenja funkcije uređaja ili ozbiljnih problema s radom.
Osobito nakon razvoja motora velike brzine, kao što su motori s magnetskim ležajevima i motori sa zračnim ležajevima, problem demagnetizacije rotora postao je izraženiji. Slika 1 prikazuje rotor motora sa zračnim ležajem brzine vrtnje od30.000RPM. Temperatura je na kraju porasla za oko500°C, što dovodi do demagnetizacije magneta.
sl.1. a i c je dijagram magnetskog polja i raspodjela normalnog rotora.
b i d je dijagram magnetskog polja odnosno distribucija demagnetiziranog rotora.
Nadalje, NdFeB magneti imaju nisku Curiejevu temperaturu (~320°C), što ih demagnetizira. Curiejeva temperatura SmCo magneta kreće se između 750-820°C. Na NdFeB je lakše utjecati vrtložna struja nego na SmCo.
Tehnologije protiv vrtložnih struja
Razvijeno je nekoliko metoda za smanjenje vrtložnih struja u NdFeB i SmCo magnetima. Ova prva metoda je promjena sastava i strukture magneta kako bi se povećao otpor. Druga metoda koja se uvijek koristi u inženjerstvu za prekidanje stvaranja velikih petlji vrtložnih struja.
1. Povećajte otpornost magneta
Gabay et.al dodali su CaF2, B2O3 magnetima SmCo kako bi poboljšali otpornost, koja je povećana sa 130 μΩ cm na 640 μΩ cm. Međutim, (BH)max i Br značajno su se smanjili.
2. Laminacija magneta
Laminiranje magneta najučinkovitija je metoda u inženjerstvu.
Magneti su narezani na tanke slojeve i zatim zalijepljeni. Sučelje između dva komada magneta je izolacijsko ljepilo. Električni put za vrtložne struje je prekinut. Ova tehnologija ima široku primjenu u motorima i generatorima velike brzine. “Magnet Power” je razvio mnoge tehnologije za poboljšanje otpornosti magneta. https://www.magnetpower-tech.com/high-electrical-impedance-eddy-current-series-product/
Prvi kritični parametar je otpornost. Otpornost laminiranih NdFeB i SmCo magneta proizvedenih pomoću "Magnet Power" veća je od 2 MΩ·cm. Ovi magneti mogu značajno spriječiti provođenje struje u magnetu i potom potisnuti stvaranje topline.
Drugi parametar je debljina ljepila između dijelova magneta. Ako je debljina sloja ljepila prevelika, to će uzrokovati smanjenje volumena magneta, što će rezultirati smanjenjem ukupnog magnetskog toka. “Magnet Power” može proizvoditi laminirane magnete debljine sloja ljepila od 0,05 mm.
3. Premazivanje materijalima visokog otpora
Izolacijski premazi uvijek se nanose na površinu magneta kako bi se povećala otpornost magneta. Ove prevlake djeluju kao barijere za smanjenje protoka vrtložnih struja na površini magneta. Kao što su epoksi ili parilen, uvijek se koriste keramički premazi.
Prednosti tehnologije protiv vrtložnih struja
Tehnologija protiv vrtložnih struja neophodna je za primjenu u mnogim primjenama s NdFeB i SmCo magnetima. Uključujući:
● Hvisokobrzinski motori: Kod motora velike brzine, što znači da je brzina između 30 000-200 000 okretaja u minuti, suzbijanje vrtložne struje i smanjenje topline ključni je zahtjev. Slika 3 prikazuje temperaturu usporedbe normalnog SmCo magneta i protuvrtložne struje SmCo u 2600Hz. Kada temperatura normalnih SmCo magneta (lijevo crveno) prelazi 300 ℃, temperatura SmCo magneta protiv vrtložnih struja (desno polje jedan) ne prelazi 150 ℃.
●MRI strojevi: Smanjenje vrtložnih struja ključno je u MRI za održavanje stabilnosti sustava.
Tehnologija protiv vrtložnih struja vrlo je važna za poboljšanje performansi NdFeB i SmCo magneta u mnogim primjenama. Korištenjem tehnologija laminacije, segmentacije i premazivanja, vrtložne struje mogu se značajno smanjiti u "Magnet Power". Protuvrtložne magnete NdFeB i SmCo moguće je primijeniti u modernim elektromagnetskim sustavima.
Vrijeme objave: 23. rujna 2024
