Gần đây, khi công nghệ phát triển theo hướng tần số cao và tốc độ cao, hiện tượng mất dòng điện xoáy của nam châm đã trở thành một vấn đề lớn. Đặc biệt làBoron sắt Neodymium(NdFeB) vàCoban Samari(SmCo) nam châm, dễ bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ hơn. Sự mất mát dòng điện xoáy đã trở thành một vấn đề lớn.
Những dòng điện xoáy này luôn tạo ra nhiệt và sau đó làm giảm hiệu suất của động cơ, máy phát điện và cảm biến. Công nghệ chống dòng điện xoáy của nam châm thường ngăn chặn sự phát sinh dòng điện xoáy hoặc ngăn chặn sự chuyển động của dòng điện cảm ứng.
“Sức mạnh nam châm” đã được phát triển công nghệ chống dòng điện xoáy của nam châm NdFeB và SmCo.
Dòng điện xoáy
Dòng điện xoáy được tạo ra trong các vật liệu dẫn điện nằm trong điện trường xoay chiều hoặc từ trường xoay chiều. Theo định luật Faraday, từ trường xen kẽ sẽ tạo ra điện và ngược lại. Trong công nghiệp, nguyên lý này được ứng dụng trong luyện kim nóng chảy. Thông qua cảm ứng tần số trung bình, các vật liệu dẫn điện trong nồi nấu kim loại như Fe và các kim loại khác được tạo ra nhiệt để tạo ra nhiệt và cuối cùng các vật liệu rắn bị nóng chảy.
Điện trở suất của nam châm NdFeB, nam châm SmCo hay nam châm Alnico luôn rất thấp. Như trình bày ở bảng 1. Vì vậy, nếu các nam châm này hoạt động trong các thiết bị điện từ thì sự tương tác giữa từ thông và các thành phần dẫn điện sẽ rất dễ sinh ra dòng điện xoáy.
Bảng 1 Điện trở suất của nam châm NdFeB, nam châm SmCo hoặc nam châm Alnico
| Nam châm | Rđộ điện trở (mΩ·cm) |
| Alnico | 0,03-0,04 |
| SmCo | 0,05-0,06 |
| NdFeB | 0,09-0,10 |
Theo Định luật Lenz, dòng điện xoáy sinh ra trong nam châm NdFeB và SmCo dẫn đến một số tác dụng không mong muốn:
● Mất năng lượng: Do dòng điện xoáy, một phần năng lượng từ trường bị chuyển hóa thành nhiệt, làm giảm hiệu suất của thiết bị. Ví dụ, tổn hao sắt và tổn hao đồng do dòng điện xoáy là yếu tố chính ảnh hưởng đến hiệu suất của động cơ. Trong bối cảnh giảm phát thải carbon, việc nâng cao hiệu suất của động cơ là rất quan trọng.
● Sinh nhiệt và khử từ: Cả nam châm NdFeB và SmCo đều có nhiệt độ hoạt động tối đa, đây là thông số quan trọng của nam châm vĩnh cửu. Nhiệt sinh ra do tổn thất dòng điện xoáy làm cho nhiệt độ của nam châm tăng lên. Khi vượt quá nhiệt độ hoạt động tối đa, quá trình khử từ sẽ xảy ra, cuối cùng sẽ dẫn đến giảm chức năng của thiết bị hoặc các vấn đề nghiêm trọng về hiệu suất.
Đặc biệt là sau sự phát triển của động cơ tốc độ cao, chẳng hạn như động cơ mang từ tính và động cơ mang không khí, vấn đề khử từ của rôto ngày càng trở nên nổi bật hơn. Hình 1 cho thấy rôto của động cơ mang không khí có tốc độ30.000RPM. Cuối cùng nhiệt độ tăng lên khoảng500°C, dẫn đến sự khử từ của nam châm.
Hình 1. a và c lần lượt là biểu đồ từ trường và phân bố của rôto pháp tuyến.
b và d lần lượt là sơ đồ từ trường và phân bố của rôto đã khử từ.
Hơn nữa, nam châm NdFeB có nhiệt độ Curie thấp (~320°C), khiến chúng bị khử từ. Nhiệt độ curie của nam châm SmCo nằm trong khoảng 750-820°C. NdFeB dễ bị ảnh hưởng bởi dòng điện xoáy hơn SmCo.
Công nghệ chống dòng điện xoáy
Một số phương pháp đã được phát triển để giảm dòng điện xoáy trong nam châm NdFeB và SmCo. Phương pháp đầu tiên này là thay đổi thành phần và cấu trúc của nam châm để tăng cường điện trở suất. Phương pháp thứ hai luôn được sử dụng trong kỹ thuật để phá vỡ sự hình thành các vòng dòng điện xoáy lớn.
1. Tăng cường điện trở suất của nam châm
Gabay và các cộng sự đã thêm CaF2, B2O3 vào nam châm SmCo để cải thiện điện trở suất, tăng điện trở suất từ 130 μΩ cm lên 640 μΩ cm. Tuy nhiên, (BH)max và Br giảm đáng kể.
2. Cán nam châm
Cán nam châm là phương pháp hiệu quả nhất trong kỹ thuật.
Các nam châm được cắt thành từng lớp mỏng rồi dán chúng lại với nhau. Giao diện giữa hai miếng nam châm là keo cách điện. Đường dẫn điện của dòng điện xoáy bị gián đoạn. Công nghệ này được sử dụng rộng rãi trong động cơ và máy phát điện tốc độ cao. “Sức mạnh nam châm” đã được phát triển rất nhiều công nghệ để cải thiện điện trở suất của nam châm. https://www.magnetpower-tech.com/high-electrical-impedance-eddy-current-series-product/
Thông số quan trọng đầu tiên là điện trở suất. Điện trở suất của nam châm NdFeB và SmCo nhiều lớp được sản xuất bởi “Magnet Power” cao hơn 2 MΩ·cm. Những nam châm này có thể ức chế đáng kể sự dẫn truyền dòng điện trong nam châm và sau đó ngăn chặn sự sinh nhiệt.
Thông số thứ hai là độ dày của lớp keo giữa các miếng nam châm. Nếu độ dày của lớp keo quá cao sẽ khiến thể tích của nam châm giảm, dẫn đến từ thông tổng thể cũng giảm. “Magnet Power” có thể sản xuất nam châm nhiều lớp với độ dày lớp keo 0,05mm.
3. Phủ bằng vật liệu có điện trở suất cao
Lớp phủ cách điện luôn được phủ lên bề mặt nam châm để tăng cường điện trở suất của nam châm. Lớp phủ này đóng vai trò là rào cản, làm giảm dòng điện xoáy trên bề mặt nam châm. Chẳng hạn như epoxy hoặc parylene, lớp phủ gốm luôn được sử dụng.
Lợi ích của công nghệ chống dòng điện xoáy
Công nghệ chống dòng điện xoáy rất cần thiết được áp dụng trong nhiều ứng dụng với nam châm NdFeB và SmCo. Bao gồm:
● Hđộng cơ tốc độ cao: Trong động cơ tốc độ cao, có nghĩa là tốc độ nằm trong khoảng 30.000-200.000 vòng/phút, việc ngăn chặn dòng điện xoáy và giảm nhiệt là yêu cầu then chốt. Hình 3 thể hiện nhiệt độ so sánh giữa nam châm SmCo thông thường và dòng điện chống xoáy SmCo ở tần số 2600Hz. Khi nhiệt độ của nam châm SmCo thông thường (màu đỏ bên trái) vượt quá 300oC, nhiệt độ của nam châm SmCo dòng chống xoáy (màu đỏ bên phải) không vượt quá 150oC.
●Máy MRI: Việc giảm dòng điện xoáy là rất quan trọng trong MRI để duy trì sự ổn định của hệ thống.
Công nghệ chống dòng điện xoáy rất quan trọng để cải thiện hiệu suất của nam châm NdFeB và SmCo trong nhiều ứng dụng. Bằng cách sử dụng công nghệ cán, phân đoạn và phủ, dòng điện xoáy có thể giảm đáng kể trong “Sức mạnh nam châm”. Nam châm chống dòng điện NdFeB và SmCo có thể ứng dụng trong các hệ thống điện từ hiện đại.
Thời gian đăng: 23-09-2024
