Потери на вихревые токи редкоземельных постоянных магнитов в двигателях
И самарий-кобальт, и неодим-железо-бор являются металлическими материалами. Из-за хорошей электропроводности металлических материалов удельное сопротивление очень низкое, что не очень хорошо для вращающихся механизмов, таких как двигатели, поскольку они вызывают вихревые токи вращающихся механизмов. потери, вызывающие нагрев вращающихся механизмов, в том числе магнитов. Таким образом, потери магнита на вихревые токи, возникающие во вращающихся механизмах, являются обязательными для разработчиков магнитов и двигателей. Сегодня я расскажу вам, что такое потери на вихревые токи магнитов и как избежать потерь на вихревые токи при производстве магнитных материалов.
Чтобы понять и уменьшить потери на вихревые токи, мы должны сначала узнать, как генерируются потери на вихревые токи. Здесь нужно ввести понятие — скин-эффект (skin effect)
При прохождении переменного тока по проводу распределение плотности тока по сечению провода неравномерно. Явление называется скин-эффектом.
Причиной скин-эффекта являются вихревые токи. По закону электромагнитной индукции вокруг переменного электрического поля будет генерироваться переменное магнитное поле. Когда переменный ток проходит через проводник, внутри и вокруг проводника будет генерироваться переменное магнитное поле, вызывающее индуцированный ток в форме вихря внутри проводника. Вихревой ток называют вихревым током. .
Чем ближе он к центру проводника, тем выше индуцированная электродвижущая сила, создаваемая переменным магнитным полем в проводнике, тем сильнее вихревой ток и тем сильнее препятствие первоначальному току, что приводит к меньшей плотности тока, приближающейся к центр проводника, при приближении к поверхности большей плотности тока.
Поскольку индуцированная электродвижущая сила увеличивается с увеличением частоты, скин-эффект также становится более выраженным с увеличением частоты. При прохождении высокочастотного тока по проводу можно считать, что ток протекает только тонким слоем на поверхности провода, что эквивалентно уменьшению сечения провода, что значительно снижает эффективное использование материала проводника.
Вихретоковые потери
Поскольку сопротивление постоянных магнитов самария-кобальта и NdFeB относительно невелико, вихревые токи в переменном электрическом поле обычно относительно велики. Из-за теплового эффекта тока вихревой ток заставит магнит нагреваться, и при слишком высокой температуре произойдет термическое размагничивание.
Величина потерь на вихревые токи связана с такими факторами, как способ изменения магнитного поля, движение магнита, форма магнита, проницаемость и удельное сопротивление. Чем выше скорость вращения (эквивалентная частоте) и проницаемость вращающегося механизма, тем ниже удельное сопротивление, меньше глубина скин-слоя и тем больше вызванные потери. В электромобилях, лифтах и других областях для управления скоростью двигатель с постоянными магнитами обычно управляется инверторным источником питания. Из-за наличия высших гармоник несущей частоты потери на вихревые токи в магните также увеличатся и вызовут тепловое размагничивание.
Уменьшение потерь на вихревые токи спеченного NdFeB за счет повышения удельного сопротивления
С точки зрения конструкции двигателя, чтобы уменьшить потери на вихревые токи постоянных магнитов во вращающихся машинах, было предложено несколько технических методов, таких как экранирующие колонны, окружающие магниты, методы разделения магнитов и изоляции магнитов на сторона и т.д.
С точки зрения магнитов, одним из наиболее эффективных способов уменьшить потери двигателя на вихревые токи является использование связанных магнитов. Благодаря присутствию связующего и его достаточно большой объемной доле удельное сопротивление связанного магнита составляет 102~104 сопротивления спеченного магнита. раз, но мощность и максимальная рабочая температура двигателя сильно ограничены, поэтому наиболее прямым методом является увеличение удельного сопротивления самого спеченного магнита.
Существует множество способов улучшить удельное сопротивление спеченных магнитов, таких как добавление порошков с высоким удельным сопротивлением (Al2O3 и т. д.), покрытие покрытий SiO2 и т. д., но эти методы в определенной степени влияют на магнитные свойства спеченных магнитов. Поэтому при исследовании и разработке магнитов необходимо соблюдать баланс между удельным сопротивлением и магнитными свойствами в процессе.