渦流
渦流是在交變電場或交變磁場中的導電材料中產生的。 根據法拉第定律，交變磁場會發電，反之亦然。 在工業上，此原理用於冶金熔煉。透過中頻感應，感應坩堝內的導電材料，如鐵等金屬而產生熱量，最終使固體材料熔化。
釹鐵硼磁鐵、釤鈷磁鐵或鋁鎳鈷磁鐵的電阻率總是很低。如表1所示。
表1 NdFeB磁鐵、SmCo磁鐵或Alnico磁鐵的電阻率
| 磁鐵 | R電阻率(mΩ·公分） |
| 鋁鎳鈷 | 0.03-0.04 |
| 釤鈷 | 0.05-0.06 |
| 釹鐵硼 | 0.09-0.10 |
根據楞次定律，NdFeB 和 SmCo 磁體中產生的渦流會導致多種不良影響：
● 能量損失：由於渦流，一部分磁能轉化為熱量，降低了設備的效率。例如，渦流引起的鐵損和銅損是馬達效率的主要因素。 在碳減排的背景下，提高馬達的效率非常重要。
● 發熱與消磁：NdFeB 和 SmCo 磁體都有其最高工作溫度，這是永久磁鐵的關鍵參數。渦流損耗產生的熱量導致磁鐵溫度升高。 一旦超過最高工作溫度，就會發生退磁，最終導致裝置功能下降或出現嚴重的效能問題。
特別是磁軸承馬達、氣浮動馬達等高速馬達發展後，轉子的退磁問題更加突出。圖1所示為空氣軸承馬達的轉子，轉速為30,000轉速。氣溫最終上升了約500℃，導致磁鐵退磁。
圖1. a和c分別是正常轉子的磁場圖和分佈。
b和d分別是退磁轉子的磁場圖和分佈。
此外，NdFeB 磁體的居里溫度較低（~320°C），這使其容易退磁。釤鈷磁鐵的居里溫度範圍在 750-820°C 之間。釹鐵硼比釤鈷更容易受到渦流的影響。
抗渦流技術
已經開發出多種方法來減少 NdFeB 和 SmCo 磁體中的渦流。第一種方法是改變磁鐵的組成和結構以提高電阻率。工程常用的第二種方法是破壞大渦流迴路的形成。
1.增強磁鐵的電阻率
Gabay等人在SmCo磁鐵中添加CaF2、B2O3來提高電阻率，電阻率從130μΩ·cm提高到640μΩ·cm。然而，(BH)max 和 Br 顯著下降。
2. 磁鐵的疊層
層壓磁鐵是工程中最有效的方法。
將磁鐵切成薄層，然後將它們粘合在一起。兩塊磁鐵之間的接口是絕緣膠。渦流的電氣路徑被破壞。此技術廣泛應用於高速馬達和發電機。 「Magnet Power」開發了許多技術來提高磁鐵的電阻率。 https://www.magnetpower-tech.com/high-electrical-impedance-eddy-current-series-product/
第一個關鍵參數是電阻率。 「磁力」生產的疊層NdFeB、SmCo磁鐵電阻率高於2MΩ·cm。 這些磁鐵可以顯著抑制磁鐵中電流的傳導，進而抑制熱量的產生。
第二個參數是磁鐵之間的膠水厚度。如果膠層厚度太厚，會導致磁鐵體積減小，導致整體磁通量下降。 「Magnet Power」可生產膠層厚度0.05mm的疊層磁鐵。
3. 高電阻率材料塗層
磁鐵表面通常塗有絕緣塗層，以提高磁鐵的電阻率。這些塗層可作為屏障，以減少磁鐵表面上的渦流流動。 總是使用諸如環氧樹脂或聚對二甲苯的陶瓷塗層。
抗渦流技術的優點
抗渦流技術在 NdFeB 和 SmCo 磁體的許多應用中不可或缺。 包括：
●H高速馬達：在高速馬達中，即轉速在30,000-200,000RPM之間，抑制渦流和減少熱量是關鍵要求。圖3為普通釤鈷磁鐵和抗渦流釤鈷磁鐵在2600Hz時的溫度比較。當普通釤鈷磁鐵（左紅一）的溫度超過300℃時，抗渦流釤鈷磁鐵（右藍一）的溫度不超過150℃。
●核磁共振機：減少渦流對於 MRI 維持系統的穩定性至關重要。
抗渦流技術對於提高 NdFeB 和 SmCo 磁體在許多應用中的性能非常重要。透過使用層壓、分段和塗層技術，可以顯著減少「磁力」中的渦流。 抗渦流NdFeB和SmCo磁體有可能應用於現代電磁系統。
發佈時間：2024年9月23日
