MAGNEETTITEKNOLOGIAKESKUS. NdFeB magneettien terminen stabilointi

Transkriptio

1 NdFeB magneettien terminen stabilointi Minna Haavisto

2 Tutkimuksen taustaa NdFeB magneeteissa ajan myötä tapahtuvista häviöistä vain hajanaista tietoa saatavilla vuonna 2006 Suunnittelu varman päälle, jolloin voidaan olettaa häviöt olemattomiksi Perinteisen, induktiivisen teknologian edustajat yrittävät luoda uudesta kestomagneettiteknologiasta epäluotettavaa kuvaa Taneli 1 v. 2

3 Polarization loss [%] Estimated flux loss after 30 years [%] Polarization loss [%] 0 % -5 % MAGNEETTITEKNOLOGIAKESKUS Material 2 Tutkimukset NdFeB magneettien häviöistä ajan funktiona 1. Screening tyyppinen koesarja: 5 materiaalia, 4 lämpötilaa, 3 työpistettä 2. Tarkemmat tutkimukset yhdellä näytetyypillä: häviöt lämpötilan funktiona 130 C -10 % 140 C -15 % 150 C -20 % 160 C -25 % 0 % % -10 % -15 % 160 C -20 % -25 % 170 C Material 3-30 % 180 C -35 % 190 C -40 % 1 0 % % 3. Tarkemmat tutkimukset eri koersitiivivoiman omaaville magneeteille: häviöt lämpötilan funktiona 3-2 Material 1 Material 2 Material 3 Material % -15 % 220 C -20 % 230 C Material C -25 % -30 % -35 % Time [hours] After 1 h -32 After 30 years Temperature [ C] C 170 C 180 C Number of measurement points Kuvat julkaisusta: Estimation of Time-Dependent Polarization Losses in Sintered Nd-Fe-B Permanent Magnets, Haavisto, Tuominen, Kankaanpää and Paju, IEEE Transactions on Magnetics, Volume 47, Issue 1, Jan. 2011, Pages:

4 Flux loss [%] MAGNEETTITEKNOLOGIAKESKUS 5 0 Material 1 Material 2 Material 3 Material 4 Edelleen avoimia kysymyksiä ( ) After 1 s -30 After 1 h After 30 years Temperature [ C] Mistä selitys viiveelle demagnetoitumisen käynnistymisessä (S alkaa kasvaa ennen välitöntä häviötä)? Mitä magneetissa demagnetoitumisen aikana tapahtuu? JH-käyrän neliöllisyyden vaikutukset Miten tulokset on yleistettävissä => suunnittelu/mitoitusohje Miten vaihtuva magneettikenttä vaikuttaa? 4

5 JH-käyrän neliöllisyys Kahden erityyppisesti valmistetun materiaalin vertailu SF (squareness factor) SF = H k / H ci SF (material 1) = 0.98 SF (material 2) = 0.90 Kuvat on poistettu julkaisuteknisistä syistä. Kuvat pyritään julkaisemaan IEEE Transaction on Magnetics lehdessä. 5

6 Häviötulokset Materiaalilla 2 häviöt lisääntyvät vähitellen lämpötilan kasvaessa Materiaalilla 1 häviöt ovat olemattomat, kunnes lämpötila, jossa selkeät häviöt alkavat on saavutettu. Kuvat on poistettu julkaisuteknisistä syistä. Kuvat pyritään julkaisemaan IEEE Transaction on Magnetics lehdessä. Pc = -B/µ 0 H = 6

7 Demagnetoituminen Magneetin itselleen aiheuttama demagnetoiva kenttä erittäin epätasainen Todellinen työpiste vaihtelee välillä 0,5 6,0 Työpiste pienin ylä- ja alapintojen keskellä (magnetointisuunta z) Demagnetoituminen havaittu magneettikenttäskannauksissa tapahtuvaksi ensimmäisenä magneetin pinnan keskiosassa Kuvat on poistettu julkaisuteknisistä syistä. Kuvat pyritään julkaisemaan IEEE Transaction on Magnetics lehdessä. 7

8 Terminen stabilointi Magnetoimaton magneetti Magneetit lämpökäsitellään varsinaista käyttölämpötilaa korkeammassa lämpötilassa Heikoimmat domainit kääntyvät Magnetoitu magneetti Kuvat on poistettu julkaisuteknisistä syistä. Kuvat pyritään julkaisemaan IEEE Transaction on Magnetics lehdessä. Termisesti stabiloitu magneetti 8

9 Johtopäätökset Stabilointi on turhaa, jos magneettimateriaalin JH-käyrä on neliömäinen Pyöreämpikäyräisillä magneeteilla ajan myötä tapahtuvat häviöt saadaan minimoitua lämpökäsittelyllä Lämpökäsittelyn oltava riittävän suuri, jotta häviöitä ei ala syntymään magneettien käyttöiän aikana Lämpökäsittely tehtävä käyttöä vastaavassa magneettipiirissä tai suljetussa piirissä 9

10 Projekti vaihtuvan kentän vaikutuksesta Yhteisprojekti TTY:n Porin yksikön elektroniikan laboratorion kanssa (prof. Pekka Ruuskanen) 2-vuotinen TEKES-rahoitteinen tutkimushanke alkoi syyskuussa 2011 Rakennettavalla testilaitteistolla voidaan mitata häviöitä myös staattisessa tilanteessa, tasaisesti näytteeseen jakautuneen kentän vaikutuksesta Lopullinen tavoite on selvittää muuttaako vaihteleva magneettikenttä häviökäyttäytymistä Ensimmäisiä (staattisia) testituloksia toivotaan kesäkuun konferenssiin mennessä

11 11