В последнее время, по мере развития технологий в сторону высоких частот и высоких скоростей, потери магнитов на вихревые токи стали серьезной проблемой. ОсобенноНеодим Железо Бор(NdFeB) иСамарий Кобальт(SmCo) магниты легче подвержены влиянию температуры. Потери на вихревые токи стали серьезной проблемой.
Эти вихревые токи всегда приводят к выделению тепла, а затем к снижению производительности двигателей, генераторов и датчиков. Противовихревая технология магнитов обычно подавляет возникновение вихревых токов или подавляет движение индуцированного тока.
Компания «Magnet Power» разработала технологию защиты от вихревых токов магнитов NdFeB и SmCo.
Вихревые токи
Вихревые токи генерируются в проводящих материалах, находящихся в переменном электрическом или переменном магнитном поле. Согласно закону Фарадея, переменные магнитные поля генерируют электричество, и наоборот. В промышленности этот принцип используется при металлургической плавке. Благодаря среднечастотной индукции проводящие материалы в тигле, такие как железо и другие металлы, заставляют выделять тепло, и, наконец, твердые материалы плавятся.
Удельное сопротивление магнитов NdFeB, магнитов SmCo или магнитов Alnico всегда очень низкое. Показано в таблице 1. Следовательно, если эти магниты работают в электромагнитных устройствах, взаимодействие между магнитным потоком и проводящими компонентами очень легко генерирует вихревые токи.
Таблица 1. Удельное сопротивление магнитов NdFeB, магнитов SmCo или магнитов Alnico
| Магниты | Rудельное сопротивление (мΩ·см) |
| Алнико | 0,03-0,04 |
| СмКо | 0,05-0,06 |
| NdFeB | 0,09-0,10 |
Согласно закону Ленца, вихревые токи, генерируемые в магнитах NdFeB и SmCo, приводят к ряду нежелательных эффектов:
● Потери энергии: Из-за вихревых токов часть магнитной энергии преобразуется в тепло, снижая эффективность устройства. Например, потери в железе и меди из-за вихревых токов являются основным фактором эффективности двигателей. В контексте сокращения выбросов углекислого газа очень важно повысить эффективность двигателей.
● Выделение тепла и размагничивание.: Магниты NdFeB и SmCo имеют максимальную рабочую температуру, которая является критическим параметром постоянных магнитов. Тепло, выделяемое в результате потерь вихревых токов, вызывает повышение температуры магнитов. При превышении максимальной рабочей температуры произойдет размагничивание, что со временем приведет к снижению работоспособности устройства или серьезным проблемам с производительностью.
Особенно после разработки высокоскоростных двигателей, таких как двигатели с магнитными подшипниками и двигатели с воздушными подшипниками, проблема размагничивания роторов стала более заметной. На рис. 1 показан ротор пневмоподшипникового двигателя со скоростью30 000Об/мин. В итоге температура выросла примерно500°С, что приводит к размагничиванию магнитов.
Рис1. а и с — диаграмма магнитного поля и распределение нормального ротора соответственно.
б и г — диаграмма магнитного поля и распределение размагниченного ротора соответственно.
Кроме того, магниты NdFeB имеют низкую температуру Кюри (~320°C), что приводит к их размагничиванию. Температура Кюри магнитов SmCo колеблется в пределах 750-820°C. NdFeB легче подвергается воздействию вихревых токов, чем SmCo.
Противовихревые технологии
Было разработано несколько методов уменьшения вихревых токов в магнитах NdFeB и SmCo. Первый метод заключается в изменении состава и структуры магнитов для повышения удельного сопротивления. Второй метод, который всегда используется в технике, препятствует образованию крупных петель вихревых токов.
1. Увеличьте удельное сопротивление магнитов
Габай и др. добавили CaF2, B2O3 к магнитам SmCo для улучшения удельного сопротивления, которое удалось увеличить со 130 мкОм см до 640 мкОм см. Однако (BH)max и Br значительно снизились.
2. Ламинирование магнитов
Ламинирование магнитов – наиболее эффективный метод в технике.
Магниты были нарезаны тонкими слоями, а затем склеены между собой. Интерфейс между двумя частями магнитов покрыт изолирующим клеем. Электрический путь вихревых токов нарушается. Эта технология широко используется в высокоскоростных двигателях и генераторах. «Magnet Power» было разработано множество технологий по улучшению удельного сопротивления магнитов. https://www.magnetpower-tech.com/high-electrical-impedance-eddy-current-series-product/
Первым критическим параметром является удельное сопротивление. Удельное сопротивление ламинированных магнитов NdFeB и SmCo производства «Magnet Power» превышает 2 МОм·см. Эти магниты могут значительно подавлять проводимость тока в магните, а затем подавлять выделение тепла.
Второй параметр — толщина клея между кусочками магнитов. Если толщина клеевого слоя слишком велика, это приведет к уменьшению объема магнита, что приведет к уменьшению общего магнитного потока. «Магнит Пауэр» может производить ламинированные магниты с толщиной клеевого слоя 0,05 мм.
3. Покрытие высокоомными материалами.
На поверхность магнитов всегда наносятся изолирующие покрытия для повышения удельного сопротивления магнитов. Эти покрытия действуют как барьеры, уменьшая поток вихревых токов на поверхности магнита. Всегда используются керамические покрытия, такие как эпоксидная смола или парилен.
Преимущества технологии защиты от вихревых токов
Технология защиты от вихревых токов необходима во многих приложениях с магнитами NdFeB и SmCo. Включая:
● Чвысокоскоростные двигатели: В высокоскоростных двигателях, что означает скорость от 30 000 до 200 000 об/мин, ключевым требованием является подавление вихревых токов и снижение нагрева. На рисунке 3 показано сравнение температуры обычного магнита SmCo и противовихревого магнита SmCo при частоте 2600 Гц. Когда температура обычных магнитов SmCo (красный слева) превышает 300 ℃, температура магнитов SmCo с защитой от вихревых токов (правый красный) не превышает 150 ℃.
●МРТ-аппараты: Уменьшение вихревых токов имеет решающее значение при МРТ для поддержания стабильности систем.
Технология защиты от вихревых токов очень важна для улучшения характеристик магнитов NdFeB и SmCo во многих приложениях. Используя технологии ламинирования, сегментации и нанесения покрытий, вихревые токи можно значительно уменьшить в «Магнитной силе». Противовихревые магниты NdFeB и SmCo можно применять в современных электромагнитных системах.
Время публикации: 23 сентября 2024 г.
