Da sich die Technologie in letzter Zeit in Richtung Hochfrequenz und Hochgeschwindigkeit weiterentwickelt, ist der Wirbelstromverlust von Magneten zu einem großen Problem geworden. Besonders dieNeodym-Eisen-Bor(NdFeB) und dieSamarium-Kobalt(SmCo)-Magnete werden leichter von der Temperatur beeinflusst. Der Wirbelstromverlust ist zu einem großen Problem geworden.
Diese Wirbelströme führen immer zur Erzeugung von Wärme und damit zu einer Verschlechterung der Leistung von Motoren, Generatoren und Sensoren. Die Anti-Wirbelstrom-Technologie von Magneten unterdrückt normalerweise die Erzeugung von Wirbelströmen oder unterdrückt die Bewegung von induziertem Strom.
„Magnet Power“ wurde mit der Anti-Wirbelstrom-Technologie von NdFeB- und SmCo-Magneten entwickelt.
Die Wirbelströme
Wirbelströme werden in leitfähigen Materialien erzeugt, die sich in einem elektrischen Wechselfeld oder einem magnetischen Wechselfeld befinden. Nach dem Faradayschen Gesetz erzeugen magnetische Wechselfelder Strom und umgekehrt. In der Industrie wird dieses Prinzip beim metallurgischen Schmelzen eingesetzt. Durch Mittelfrequenzinduktion werden leitfähige Materialien im Tiegel, wie Fe und andere Metalle, zur Wärmeerzeugung angeregt und schließlich die Feststoffe geschmolzen.
Der spezifische Widerstand von NdFeB-Magneten, SmCo-Magneten oder Alnico-Magneten ist immer sehr niedrig. Dargestellt in Tabelle 1. Wenn diese Magnete daher in elektromagnetischen Geräten arbeiten, erzeugt die Wechselwirkung zwischen dem magnetischen Fluss und den leitenden Komponenten sehr leicht Wirbelströme.
Tabelle 1: Der spezifische Widerstand von NdFeB-Magneten, SmCo-Magneten oder Alnico-Magneten
| Magnete | RWiderstandsfähigkeit(mΩ·cm) |
| Alnico | 0,03-0,04 |
| SmCo | 0,05–0,06 |
| NdFeB | 0,09–0,10 |
Gemäß dem Lenzschen Gesetz führen die in NdFeB- und SmCo-Magneten erzeugten Wirbelströme zu mehreren unerwünschten Effekten:
● Energieverlust: Durch Wirbelströme wird ein Teil der magnetischen Energie in Wärme umgewandelt, was den Wirkungsgrad des Geräts verringert. Beispielsweise sind der Eisenverlust und der Kupferverlust aufgrund von Wirbelströmen der Hauptfaktor für den Wirkungsgrad von Motoren. Im Zusammenhang mit der Reduzierung der CO2-Emissionen ist die Verbesserung der Effizienz von Motoren sehr wichtig.
● Wärmeerzeugung und Entmagnetisierung: Sowohl die NdFeB- als auch die SmCo-Magnete haben ihre maximale Betriebstemperatur, die ein kritischer Parameter von Permanentmagneten ist. Die durch Wirbelstromverluste erzeugte Wärme führt zu einem Temperaturanstieg der Magnete. Sobald die maximale Betriebstemperatur überschritten wird, kommt es zu einer Entmagnetisierung, die schließlich zu einer Beeinträchtigung der Funktion des Geräts oder zu schwerwiegenden Leistungsproblemen führt.
Insbesondere nach der Entwicklung von Hochgeschwindigkeitsmotoren wie Magnetlagermotoren und Luftlagermotoren ist das Entmagnetisierungsproblem von Rotoren stärker in den Vordergrund gerückt. Abbildung 1 zeigt den Rotor eines Luftlagermotors mit einer Drehzahl von30.000U/min. Die Temperatur stieg schließlich um ca500°C, was zur Entmagnetisierung der Magnete führt.
Abb. 1. a und c sind das Magnetfelddiagramm bzw. die Magnetfeldverteilung eines normalen Rotors.
b und d sind das Magnetfelddiagramm bzw. die Magnetfeldverteilung des entmagnetisierten Rotors.
Darüber hinaus haben NdFeB-Magnete eine niedrige Curie-Temperatur (~320 °C), wodurch sie entmagnetisiert werden. Die Curie-Temperatur von SmCo-Magneten liegt zwischen 750 und 820 °C. NdFeB wird durch Wirbelströme leichter beeinflusst als SmCo.
Anti-Wirbelstrom-Technologien
Es wurden mehrere Methoden entwickelt, um die Wirbelströme in NdFeB- und SmCo-Magneten zu reduzieren. Diese erste Methode besteht darin, die Zusammensetzung und Struktur von Magneten zu ändern, um den spezifischen Widerstand zu erhöhen. Die zweite Methode, die in der Technik immer verwendet wird, um die Bildung großer Wirbelstromschleifen zu unterbrechen.
1.Erhöhen Sie den Widerstand von Magneten
Gabay et al. haben SmCo-Magneten CaF2, B2O3 zugesetzt, um den spezifischen Widerstand zu verbessern, der von 130 μΩ·cm auf 640 μΩ·cm erhöht wurde. Allerdings nahmen (BH)max und Br deutlich ab.
2. Laminierung von Magneten
Das Laminieren der Magnete ist die effektivste Methode in der Technik.
Die Magnete wurden in dünne Schichten geschnitten und dann zusammengeklebt. Die Schnittstelle zwischen zwei Magnetstücken besteht aus isolierendem Kleber. Der elektrische Weg für die Wirbelströme ist unterbrochen. Diese Technologie wird häufig in Hochgeschwindigkeitsmotoren und -generatoren eingesetzt. „Magnet Power“ hat viele Technologien entwickelt, um den Widerstand von Magneten zu verbessern. https://www.magnetpower-tech.com/high-electrical-impedance-eddy-current-series-product/
Der erste kritische Parameter ist der spezifische Widerstand. Der spezifische Widerstand der von „Magnet Power“ hergestellten laminierten NdFeB- und SmCo-Magnete liegt über 2 MΩ·cm. Diese Magnete können die Stromleitung im Magneten erheblich hemmen und so die Wärmeentwicklung unterdrücken.
Der zweite Parameter ist die Dicke des Klebers zwischen den Magnetstücken. Wenn die Klebeschicht zu dick ist, nimmt das Volumen des Magneten ab, was zu einer Verringerung des gesamten magnetischen Flusses führt. „Magnet Power“ kann laminierte Magnete mit einer Klebeschichtdicke von 0,05 mm herstellen.
3. Beschichtung mit hochohmigen Materialien
Um den spezifischen Widerstand der Magnete zu erhöhen, werden immer isolierende Beschichtungen auf die Oberfläche von Magneten aufgebracht. Diese Beschichtungen wirken als Barrieren, um den Fluss von Wirbelströmen auf der Oberfläche des Magneten zu reduzieren. Es werden stets keramische Beschichtungen wie Epoxid oder Parylen verwendet.
Vorteile der Anti-Wirbelstrom-Technologie
Die Anti-Wirbelstrom-Technologie wird in vielen Anwendungen mit NdFeB- und SmCo-Magneten eingesetzt. Einschließlich:
● HHochgeschwindigkeitsmotoren: Bei Hochgeschwindigkeitsmotoren, d. h. die Drehzahl liegt zwischen 30.000 und 200.000 U/min, ist die Unterdrückung des Wirbelstroms und die Reduzierung der Wärme die wichtigste Anforderung. Abbildung 3 zeigt die Vergleichstemperatur eines normalen SmCo-Magneten und eines Anti-Wirbelstrom-SmCo bei 2600 Hz. Wenn die Temperatur normaler SmCo-Magnete (linker roter) 300 °C übersteigt, überschreitet die Temperatur von Anti-Wirbelstrom-SmCo-Magneten (rechter Block) 150 °C nicht.
●MRT-Geräte: Die Reduzierung von Wirbelströmen ist bei der MRT von entscheidender Bedeutung, um die Stabilität der Systeme aufrechtzuerhalten.
Die Anti-Wirbelstrom-Technologie ist für die Verbesserung der Leistung von NdFeB- und SmCo-Magneten in vielen Anwendungen sehr wichtig. Durch den Einsatz von Laminierungs-, Segmentierungs- und Beschichtungstechnologien können die Wirbelströme in „Magnet Power“ deutlich reduziert werden. Die Anti-Wirbelstrom-Magnete NdFeB und SmCo können in modernen elektromagnetischen Systemen eingesetzt werden.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 23.09.2024
