Naarmate de technologie zich de laatste tijd ontwikkelt in de richting van hoge frequentie en hoge snelheid, is het wervelstroomverlies van magneten een groot probleem geworden. Vooral deNeodymium-ijzerborium(NdFeB) en deSamarium-kobalt(SmCo)-magneten worden gemakkelijker beïnvloed door temperatuur. Het wervelstroomverlies is een groot probleem geworden.
Deze wervelstromen resulteren altijd in het genereren van warmte en vervolgens in een verslechtering van de prestaties van motoren, generatoren en sensoren. Anti-wervelstroomtechnologie van magneten onderdrukt meestal de opwekking van wervelstroom of onderdrukt de beweging van geïnduceerde stroom.
"Magnet Power" is ontwikkeld met de anti-wervelstroomtechnologie van NdFeB- en SmCo-magneten.
De wervelstromen
Wervelstromen worden gegenereerd in geleidende materialen die zich in een elektrisch wisselveld of een magnetisch wisselveld bevinden. Volgens de wet van Faraday wekken magnetische wisselvelden elektriciteit op, en omgekeerd. In de industrie wordt dit principe gebruikt bij het metallurgisch smelten. Door middenfrequente inductie worden geleidende materialen in de smeltkroes, zoals Fe en andere metalen, ertoe aangezet warmte te genereren, en uiteindelijk worden de vaste materialen gesmolten.
De soortelijke weerstand van NdFeB-magneten, SmCo-magneten of Alnico-magneten is altijd erg laag. Getoond in tabel 1. Als deze magneten in elektromagnetische apparaten werken, genereert de interactie tussen de magnetische flux en geleidende componenten dus heel gemakkelijk wervelstromen.
Tabel 1 De soortelijke weerstand van NdFeB-magneten, SmCo-magneten of Alnico-magneten
| Magneten | Resistiviteit (mΩ·cm) |
| Alnico | 0,03-0,04 |
| SmCo | 0,05-0,06 |
| NdFeB | 0,09-0,10 |
Volgens de wet van Lenz leiden wervelstromen die worden gegenereerd in NdFeB- en SmCo-magneten tot verschillende ongewenste effecten:
● Energieverlies: Door wervelstromen wordt een deel van de magnetische energie omgezet in warmte, waardoor de efficiëntie van het apparaat afneemt. Het ijzer- en koperverlies als gevolg van wervelstroom is bijvoorbeeld de belangrijkste factor voor de efficiëntie van motoren. In de context van de vermindering van de CO2-uitstoot is het verbeteren van de efficiëntie van motoren van groot belang.
● Warmteopwekking en demagnetisatie: Zowel de NdFeB- als de SmCo-magneten hebben hun maximale bedrijfstemperatuur, wat een kritische parameter is van permanente magneten. De warmte die wordt gegenereerd door wervelstroomverlies zorgt ervoor dat de temperatuur van de magneten stijgt. Zodra de maximale bedrijfstemperatuur wordt overschreden, zal demagnetisatie optreden, wat uiteindelijk zal leiden tot een verminderde werking van het apparaat of tot ernstige prestatieproblemen.
Vooral na de ontwikkeling van hogesnelheidsmotoren, zoals magnetische lagermotoren en luchtlagermotoren, is het demagnetisatieprobleem van rotoren prominenter geworden. Figuur 1 toont de rotor van een luchtgelagerde motor met een snelheid van30.000toerental. De temperatuur steeg uiteindelijk met ongeveer500°C, resulterend in demagnetisatie van de magneten.
Afb.1. a en c zijn respectievelijk het magnetische velddiagram en de verdeling van de normale rotor.
b en d zijn respectievelijk het magnetische velddiagram en de verdeling van de gedemagnetiseerde rotor.
Bovendien hebben NdFeB-magneten een lage Curietemperatuur (~320°C), waardoor ze demagnetiseren. De curietemperaturen van SmCo-magneten liggen tussen 750-820°C. NdFeB wordt gemakkelijker beïnvloed door wervelstroom dan SmCo.
Anti-wervelstroomtechnologieën
Er zijn verschillende methoden ontwikkeld om de wervelstromen in NdFeB- en SmCo-magneten te verminderen. Deze eerste methode is om de samenstelling en structuur van magneten te veranderen om de soortelijke weerstand te verbeteren. De tweede methode die in de techniek altijd wordt gebruikt om de vorming van grote wervelstroomlussen te verstoren.
1. Verbeter de weerstand van magneten
Gabay et.al hebben CaF2, B2O3 toegevoegd aan SmCo-magneten om de soortelijke weerstand te verbeteren, die is verbeterd van 130 μΩ cm naar 640 μΩ cm. De (BH)max en Br daalden echter aanzienlijk.
2. Lamineren van magneten
Het lamineren van de magneten is de meest effectieve techniek in de techniek.
De magneten werden in dunne lagen gesneden en vervolgens aan elkaar gelijmd. Het grensvlak tussen twee stukken magneten is isolerende lijm. Het elektrische pad voor de wervelstromen is verstoord. Deze technologie wordt veel gebruikt in hogesnelheidsmotoren en generatoren. “Magnet Power” heeft veel technologieën ontwikkeld om de weerstand van magneten te verbeteren. https://www.magnetpower-tech.com/high-electrical-impedance-eddy-current-series-product/
De eerste kritische parameter is de soortelijke weerstand. De soortelijke weerstand van gelamineerde NdFeB- en SmCo-magneten geproduceerd door “Magnet Power” is hoger dan 2 MΩ·cm. Deze magneten kunnen de stroomgeleiding in de magneet aanzienlijk belemmeren en vervolgens de warmteontwikkeling onderdrukken.
De tweede parameter is de dikte van de lijm tussen stukjes magneten. Als de dikte van de lijmlaag te hoger is, zal het volume van de magneet afnemen, wat resulteert in een afname van de algehele magnetische flux. “Magnet Power” kan gelamineerde magneten produceren met een lijmlaagdikte van 0,05 mm.
3. Coating met materialen met hoge weerstand
Op het oppervlak van magneten worden altijd isolerende coatings aangebracht om de soortelijke weerstand van magneten te vergroten. Deze coating fungeert als barrière om de stroom van wervelstromen op het oppervlak van de magneet te verminderen. Er worden altijd epoxy- of paryleen- of keramische coatings gebruikt.
Voordelen van anti-wervelstroomtechnologie
Anti-wervelstroomtechnologie is essentieel toegepast in veel toepassingen met NdFeB- en SmCo-magneten. Inbegrepen:
● Hmotoren met hoge snelheid: Bij hogesnelheidsmotoren, wat betekent dat het toerental tussen de 30.000 en 200.000 tpm ligt, is het onderdrukken van de wervelstroom en het verminderen van de hitte de belangrijkste vereiste. Figuur 3 toont de vergelijkingstemperatuur van een normale SmCo-magneet en anti-wervelstroom SmCo in 2600 Hz. Wanneer de temperatuur van normale SmCo-magneten (linker rode) 300 ℃ overschrijdt, overschrijdt de temperatuur van anti-wervelstroom SmCo-magneten (rechter bule één) de 150 ℃ niet.
●MRI-machines: Het verminderen van wervelstromen is van cruciaal belang bij MRI om de stabiliteit van de systemen te behouden.
Anti-wervelstroomtechnologie is erg belangrijk voor het verbeteren van de prestaties van NdFeB- en SmCo-magneten in veel toepassingen. Door gebruik te maken van lamineer-, segmentatie- en coatingtechnologieën kunnen de wervelstromen aanzienlijk worden verminderd in “Magnet Power”. De anti-wervelstroom NdFeB- en SmCo-magneten kunnen worden toegepast in moderne elektromagnetische systemen.
Posttijd: 23 september 2024
