涡流
涡流是在交变电场或交变磁场中的导电材料中产生的。 根据法拉第定律，交变磁场会发电，反之亦然。 在工业上，这一原理被用于冶金熔炼。通过中频感应，感应坩埚内的导电材料，如铁等金属，产生热量，最终使固体材料熔化。
钕铁硼磁铁、钐钴磁铁或铝镍钴磁铁的电阻率总是很低。如表1所示。因此，如果这些磁铁工作在电磁装置中，磁通量与导电部件之间的相互作用很容易产生涡流。
表1 NdFeB磁体、SmCo磁体或Alnico磁体的电阻率
| 磁铁 | R电阻率(mΩ·厘米） |
| 铝镍钴 | 0.03-0.04 |
| 钐钴 | 0.05-0.06 |
| 钕铁硼 | 0.09-0.10 |
根据楞次定律，NdFeB 和 SmCo 磁体中产生的涡流会导致多种不良影响：
● 能量损失：由于涡流，一部分磁能转化为热量，降低了设备的效率。例如，涡流引起的铁损和铜损是电机效率的主要因素。 在碳减排的背景下，提高电机的效率非常重要。
● 发热和消磁：NdFeB 和 SmCo 磁体都有其最高工作温度，这是永磁体的一个关键参数。涡流损耗产生的热量导致磁体温度升高。 一旦超过最高工作温度，就会发生退磁，最终导致器件功能下降或出现严重的性能问题。
特别是磁轴承电机、空气轴承电机等高速电机发展后，转子的退磁问题更加突出。图1所示为空气轴承电机的转子，转速为30,000转速。气温最终上升了约500℃，导致磁铁退磁。
图1. a和c分别是正常转子的磁场图和分布。
b和d分别是退磁转子的磁场图和分布。
此外，NdFeB 磁体的居里温度较低（~320°C），这使其容易退磁。钐钴磁铁的居里温度范围在 750-820°C 之间。钕铁硼比钐钴更容易受到涡流的影响。
抗涡流技术
已经开发出多种方法来减少 NdFeB 和 SmCo 磁体中的涡流。第一种方法是改变磁体的成分和结构以提高电阻率。工程中常用的第二种方法是破坏大涡流回路的形成。
1.增强磁铁的电阻率
Gabay等人在SmCo磁体中添加CaF2、B2O3来提高电阻率，电阻率从130μΩ·cm提高到640μΩ·cm。然而，(BH)max 和 Br 显着下降。
2. 磁铁的叠层
层压磁铁是工程中最有效的方法。
将磁铁切成薄层，然后将它们粘合在一起。两块磁铁之间的接口是绝缘胶。涡流的电气路径被破坏。该技术广泛应用于高速电机和发电机。 “Magnet Power”开发了很多技术来提高磁铁的电阻率。 https://www.magnetpower-tech.com/high-electrical-impedance-eddy-current-series-product/
第一个关键参数是电阻率。 “磁力”生产的叠层NdFeB、SmCo磁体电阻率高于2MΩ·cm。 这些磁体可以显着抑制磁体中电流的传导，从而抑制热量的产生。
第二个参数是磁体之间的胶水厚度。如果胶层厚度太厚，会导致磁体体积减小，导致整体磁通量下降。 “Magnet Power”可生产胶层厚度0.05mm的叠层磁铁。
3. 高电阻率材料涂层
磁体表面通常涂有绝缘涂层，以提高磁体的电阻率。这些涂层充当屏障，以减少磁体表面上的涡流流动。 总是使用诸如环氧树脂或聚对二甲苯的陶瓷涂层。
抗涡流技术的优点
抗涡流技术在 NdFeB 和 SmCo 磁体的许多应用中必不可少。 包括：
●H高速电机：在高速电机中，即转速在30,000-200,000RPM之间，抑制涡流和减少热量是关键要求。图3为普通钐钴磁铁和抗涡流钐钴磁铁在2600Hz时的温度对比。当普通钐钴磁铁（左红一）的温度超过300℃时，抗涡流钐钴磁铁（右蓝一）的温度不超过150℃。
●核磁共振机：减少涡流对于 MRI 保持系统的稳定性至关重要。
抗涡流技术对于提高 NdFeB 和 SmCo 磁体在许多应用中的性能非常重要。通过使用层压、分段和涂层技术，可以显着减少“磁力”中的涡流。 抗涡流NdFeB和SmCo磁体有可能应用于现代电磁系统中。
发布时间：2024年9月23日
