와전류
와전류는 교류 전기장 또는 교류 자기장에 있는 전도성 물질에서 생성됩니다. 패러데이의 법칙에 따르면 교류 자기장은 전기를 생성하고 그 반대의 경우도 마찬가지입니다. 산업계에서는 이 원리가 야금 용해에 사용됩니다. 중주파 유도를 통해 도가니 내의 Fe 및 기타 금속 등의 전도성 물질을 유도하여 열을 발생시키고 최종적으로 고체 물질을 녹입니다.
NdFeB 자석, SmCo 자석 또는 Alnico 자석의 저항은 항상 매우 낮습니다. 표 1에 나와 있습니다. 따라서 이러한 자석이 전자기 장치에서 작동하면 자속과 전도성 구성 요소 간의 상호 작용으로 인해 와전류가 매우 쉽게 생성됩니다.
표1 NdFeB 자석, SmCo 자석 또는 Alnico 자석의 저항률
| 자석 | R저항률(mΩ·cm) |
| 알니코 | 0.03-0.04 |
| SMCo | 0.05-0.06 |
| NdFeB | 0.09-0.10 |
렌츠의 법칙에 따르면 NdFeB 및 SmCo 자석에서 생성된 와전류는 여러 가지 바람직하지 않은 영향을 초래합니다.
● 에너지 손실: 와전류로 인해 자기 에너지의 일부가 열로 변환되어 장치의 효율이 저하됩니다. 예를 들어 와전류로 인한 철손, 동손 등은 모터 효율의 주요 요인이다. 탄소배출 저감 측면에서 모터의 효율을 높이는 것은 매우 중요합니다.
● 발열 및 탈자화: NdFeB 및 SmCo 자석 모두 영구 자석의 중요한 매개변수인 최대 작동 온도를 갖습니다. 와전류 손실로 인해 발생하는 열은 자석의 온도를 상승시킵니다. 최대 작동 온도를 초과하면 감자가 발생하여 결국 장치의 기능이 저하되거나 심각한 성능 문제가 발생합니다.
특히 자기베어링 모터, 에어베어링 모터 등 고속 모터의 개발 이후 로터의 자기소거 문제가 더욱 부각되고 있다. 그림 1은 속도가 다음과 같은 에어베어링 모터의 로터를 보여줍니다.30,000RPM. 결국 기온이 약 1도 정도 올랐습니다500°C, 결과적으로 자석의 자기소거가 발생합니다.
그림1. a와 c는 각각 일반 회전자의 자기장 다이어그램과 분포입니다.
b와 d는 각각 감자된 회전자의 자기장 다이어그램과 분포입니다.
게다가, NdFeB 자석은 낮은 퀴리 온도(~320°C)를 가지므로 자석이 소거됩니다. SmCo 자석의 퀴리 온도 범위는 750~820°C입니다. NdFeB는 SmCo보다 와전류의 영향을 받기 쉽습니다.
와전류 방지 기술
NdFeB 및 SmCo 자석의 와전류를 줄이기 위해 여러 가지 방법이 개발되었습니다. 첫 번째 방법은 자석의 구성과 구조를 변경하여 저항률을 높이는 것입니다. 큰 와전류 루프의 형성을 방해하기 위해 엔지니어링에서 항상 사용되는 두 번째 방법입니다.
1. 자석의 저항력을 향상시킵니다.
Gabay 등은 저항률을 개선하기 위해 CaF2, B2O3를 SmCo 자석에 추가했으며, 이는 130μΩcm에서 640μΩcm로 향상되었습니다. 그러나 (BH)max와 Br은 크게 감소했다.
2. 자석의 적층
자석을 적층하는 것은 엔지니어링에서 가장 효과적인 방법입니다.
자석을 얇은 층으로 자른 다음 서로 붙였습니다. 두 자석 조각 사이의 인터페이스는 절연 접착제입니다. 와전류의 전기 경로가 중단됩니다. 이 기술은 고속 모터 및 발전기에 널리 사용됩니다. "Magnet Power"는 자석의 저항력을 향상시키기 위해 많은 기술이 개발되었습니다. https://www.magnetpower-tech.com/high-electrical-impedance-eddy-current-series-product/
첫 번째 중요한 매개변수는 저항률입니다. "Magnet Power"에서 생산한 NdFeB 및 SmCo 적층 자석의 저항률은 2MΩ·cm 이상입니다. 이러한 자석은 자석의 전류 전도를 크게 억제하여 열 발생을 억제할 수 있습니다.
두 번째 매개변수는 자석 조각 사이의 접착제 두께입니다. 접착층의 두께가 너무 두꺼우면 자석의 부피가 감소하여 전체 자속이 감소하게 됩니다. "Magnet Power"는 접착층 두께가 0.05mm인 적층 자석을 생산할 수 있습니다.
3. 고저항 재료 코팅
자석의 저항력을 높이기 위해 항상 자석 표면에 절연 코팅이 적용됩니다. 이러한 코팅은 장벽 역할을 하여 자석 표면의 와전류 흐름을 줄입니다. 에폭시나 파릴렌과 같은 세라믹 코팅이 항상 사용됩니다.
와전류 방지 기술의 이점
와전류 방지 기술은 NdFeB 및 SmCo 자석을 사용하는 많은 응용 분야에 필수적으로 적용됩니다. 포함:
● H고속 모터: 속도가 30,000-200,000RPM 사이인 고속 모터에서는 와전류를 억제하고 열을 줄이는 것이 핵심 요구 사항입니다. 그림 3은 2600Hz에서 일반 SmCo 자석과 와전류 방지 SmCo의 비교 온도를 보여줍니다. 일반 SmCo 자석(왼쪽 빨간색 자석)의 온도가 300℃를 초과하면 와전류 방지 SmCo 자석(오른쪽 파란색 자석)의 온도는 150℃를 초과하지 않습니다.
●MRI 기계: MRI에서는 시스템의 안정성을 유지하기 위해 와전류를 줄이는 것이 중요합니다.
와전류 방지 기술은 많은 응용 분야에서 NdFeB 및 SmCo 자석의 성능을 향상시키는 데 매우 중요합니다. 적층, 분할, 코팅 기술을 사용하면 "자석 전력"에서 와전류를 크게 줄일 수 있습니다. 와전류 방지 NdFeB 및 SmCo 자석은 현대 전자기 시스템에 적용이 가능합니다.
게시 시간: 2024년 9월 23일
