渦電流
渦電流は、交流電界または交流磁界にある導電性材料内で発生します。 ファラデーの法則によれば、交流磁場は電気を生成し、その逆も同様です。 産業では、この原理は冶金溶解に使用されます。中周波誘導により、るつぼ内の鉄やその他の金属などの導電性材料が誘導されて発熱し、最終的に固体材料が溶解します。
NdFeB 磁石、SmCo 磁石、またはアルニコ磁石の抵抗率は常に非常に低くなります。表 1 に示します。 したがって、これらの磁石が電磁装置内で動作すると、磁束と導電性コンポーネントの間の相互作用によって渦電流が非常に発生しやすくなります。
表1 NdFeB磁石、SmCo磁石、アルニコ磁石の比抵抗
| 磁石 | R抵抗率(mΩ·cm） |
| アルニコ | 0.03～0.04 |
| サマリウムコバルト | 0.05～0.06 |
| ネオジム鉄ほう素 | 0.09～0.10 |
レンツの法則によれば、NdFeB および SmCo 磁石で発生する渦電流は、いくつかの望ましくない影響を引き起こします。
● エネルギー損失: 渦電流により、磁気エネルギーの一部が熱に変換され、デバイスの効率が低下します。例えば、渦電流による鉄損や銅損はモーターの効率を左右する主な要因です。 二酸化炭素排出量削減の観点からは、モーターの効率を向上させることが非常に重要です。
●発熱と減磁: NdFeB 磁石と SmCo 磁石には両方とも最大動作温度があり、これは永久磁石の重要なパラメータです。渦電流損による発熱により磁石の温度が上昇します。 最高使用温度を超えると減磁が発生し、最終的にはデバイスの機能が低下したり、重大な性能上の問題が発生したりすることがあります。
特に、磁気ベアリングモータやエアベアリングモータなどの高速モータの開発以降、ロータの減磁の問題がより顕著になってきました。図 1 は、速度が 1 のエア ベアリング モーターのローターを示しています。30,000回転数。ようやく気温が1度くらい上がりました500℃、磁石の減磁を引き起こします。
図1. aとcはそれぞれ正常な回転子の磁場図と分布です。
bとdはそれぞれ磁界図と減磁されたローターの分布です。
さらに、NdFeB 磁石はキュリー温度 (約 320°C) が低いため、減磁してしまいます。 SmCo 磁石のキュリー温度は 750 ～ 820°C の範囲です。 NdFeBはSmCoよりも渦電流の影響を受けやすいです。
抗渦流技術
NdFeB および SmCo 磁石の渦電流を低減するために、いくつかの方法が開発されています。これらの最初の方法は、磁石の組成と構造を変更して抵抗率を高めることです。 2 番目の方法は、大きな渦電流ループの形成を妨害するためにエンジニアリングで常に使用されます。
1.磁石の比抵抗を高める
Gabay らは、SmCo 磁石に CaF2、B2O3 を添加して抵抗率を改善し、抵抗率は 130 μΩ cm から 640 μΩ cm に向上しました。しかしながら、(BH)max と Br は大幅に減少しました。
2. 磁石の積層
磁石を積層することは、工学的に最も効果的な方法です。
磁石を薄い層にスライスし、それらを接着しました。 2 つの磁石の間の境界面は絶縁接着剤です。渦電流の電気経路が遮断されます。この技術は高速モーターや発電機に広く使用されています。 「マグネットパワー」は磁石の比抵抗を向上させるために数々の技術を開発してきました。 https://www.magnetpower-tech.com/high-electrical-impedance-eddy-current-series-product/
最初の重要なパラメータは抵抗率です。 「マグネットパワー」が製造するNdFeBとSmCoの積層磁石の抵抗率は2MΩ・cm以上です。 これらの磁石は、磁石内の電流の伝導を大幅に阻害し、発熱を抑制します。
2 番目のパラメータは、磁石間の接着剤の厚さです。接着層の厚さが厚すぎると、磁石の体積が減少し、全体の磁束が減少します。 「マグネットパワー」では、接着層の厚さ0.05mmの積層磁石を製造できます。
3. 高抵抗材料によるコーティング
磁石の抵抗率を高めるために、磁石の表面には常に絶縁コーティングが施されます。これらのコーティングはバリアとして機能し、磁石の表面での渦電流の流れを減らします。 エポキシやパリレンなどのセラミックコーティングが常に使用されます。
反渦電流技術の利点
反渦電流技術は、NdFeB および SmCo 磁石を使用する多くのアプリケーションに適用されることが不可欠です。 含む：
●H高速モーター: 高速モーター、つまり回転数が 30,000 ～ 200,000RPM の場合、渦電流を抑制し、熱を低減することが重要な要件です。図3は、2600Hzにおける通常のSmCo磁石と反渦電流型SmCo磁石の温度の比較を示しています。通常のSmCo磁石（左の赤い磁石）の温度が300℃を超えても、抗渦電流SmCo磁石（右の青い磁石）の温度は150℃を超えません。
●MRI装置: MRI ではシステムの安定性を維持するために渦電流を減らすことが重要です。
反渦電流技術は、多くの用途で NdFeB および SmCo 磁石の性能を向上させるために非常に重要です。積層・分割・コーティング技術により、「マグネットパワー」の渦電流を大幅に低減します。 反渦電流 NdFeB および SmCo 磁石は、最新の電磁システムに適用することが可能です。
投稿日時: 2024 年 9 月 23 日
