Ajan myötä tapahtuvat häviöt sintratuissa NdFeB magneeteissa Minna Haavisto 19.1.21
Losses [%] MAGNEETTITEKNOLOGIAKESKUS Ensimmäinen julkaisu Temperature Stability and Flux Losses Over Time in Sintered Nd Fe B Permanent Magnets, Haavisto and Paju, IEEE Transactions on Magnetics, Volume 45, Issue 12, Dec. 29, Pages: 5277 528 Merkittävin havainto oli, että prosentuaalinen häviö noudattaa logaritmista lakia ainakin 1 tuntiin saakka. Askarruttamaan jäi trendikäyrän kulmakertoimen muuttuminen lämpötilan kasvaessa % -5 % -1 % -15 % % -5 % -1 % -15 % Pc = 3.3 Pc = 1.1 Pc =.33 1 1 1 1 Time [hours] 1 1 1 1 Time [hours] > 3 ka/m 19 ka/m 16 ka/m 2
Flux loss [%] Flux loss [-%] Viscosity constant S Flux loss MAGNEETTITEKNOLOGIAKESKUS Toinen julkaisu Time Dependence of Demagnetization and Flux Losses Occurring in Sintered Nd-Fe-B Permanent Magnets, Haavisto, Tuominen, Kankaanpää and Paju, to be published in IEEE Transactions on Magnetics Tarkempi tarkastelu yhden magneetin osalta (= yksi materiaali, yksi näytekoko, useita lämpötiloja) Havainto: S alkaa kasvaa ennen kuin välitön häviö. Onko sattumaa vai oikea ilmiö? 22 C 8 C 1 C -B/μ H = 1.1-14 -12-1 -8-6 -4-2 H [ka/m] B / J [T] 1,4 1,2 1,8,6,4,2 % 8 C -5 % 9 C -1 % 1 C -15 % 11 C -2 % 12 C -25 % 1 1 1 1 1 Time [hours] Initial loss (after 1 hour) Viscosity constant S 42,6 35,5 28,4 21,3 14,2 7,1 6 8 1 12 14 Temperature [ C] -5-1 After 1 ms After 1 s -15 After 1 h After 3 years -2 8 9 1 11 12 Temperature [ C] 3
Kolmas julkaisu Estimation of Time Dependent Flux Losses in Sintered Nd-Fe-B Permanent Magnets, Haavisto, Knakaanpää and Paju, accepted to be published in IEEE Transactions on Magnetics Kuvat on poistettu julkaisuteknisistä syistä Tutkittiin 4:n eri materiaalin häviökäyttäytymistä Vertailun helpottamiseksi nimettiin jokaiselle materiaalille lämpötila T, jonka alapuolella ne katsottiin stabiileiksi Tarkasteltiin myös pitkän tähtäimen häviöarvion tarkkuutta 4
Johtopäätökset Häviö 3 vuoden jälkeen n. kaksi kertaa häviö tunnin jälkeen, paitsi lämpötilassa T + 1 C Normaalisti käytetyt materiaaliparametrit: H ci, α ja β, tai häviö jonkun tietyn altistusajan jälkeen eivät riitä määrittelemään lämpötilastabiilisuutta Kuvat on poistettu julkaisuteknisistä syistä Tarvitaan ainakin tietoa JH-käyrän neliöllisyydestä Mittaamalla häviö yhden, kahden, neljän ja kahdeksan tunnin jälkeen saadaan jo kohtuullisen hyvä arvio kyseisen magneetin häviökäyttäytymisestä kyseisessä lämpötilassa Yleiskäsitys häviöiden ilmenemisestä yksittäisissä magneeteissa. 5
Flux loss [%] MAGNEETTITEKNOLOGIAKESKUS Edelleen avoimia kysymyksiä 5 Material 1 Material 2 Material 3 Material 4-5 -1-15 -2-25 After 1 s -3 After 1 h After 3 years -35 8 1 12 14 16 18 2 22 24 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? 6
Mitä magneetissa demagnetoitumisen aikana tapahtuu? Pc (permeance coefficient) Pc = -B/µ H 22 C 8 C 1 C.5 -B/μ H = 1.1-14 -12-1 -8-6 -4-2 H [ka/m] B / J [T] 1,4 1,2 1,8,6,4,2 -.5 -.5-4.1-1.1 7
JH-käyrän neliöllisyys Kahden erityyppisesti valmistetun materiaalin vertailu Mitkä materiaaliparametrit riittävät määrittelemään mikrorakenteen? Mikrorakennetarkastelut SF (squareness factor) 1 C 15 C B / J [T] 1,2 1,8,6,4,2-1% SF = H k / H ci SF (sininen) =.98 SF (punainen) =.9 H k -1-8 -6-4 -2 H [ka/m]
Häviöt / % Flux loss [%] MAGNEETTITEKNOLOGIAKESKUS Pc = 1, -5-1 -15 JH-käyrien muoto vs. häviökäyrien muoto -2 After 1 hour After 3 years -25 11 12 13 14 15 16 17 Temperature [ C] % -1 % T = 12 C Stabilointi ja JHkäyrän muoto -2 % -3 % Pc = 1.4 Pc = 1.2-4 % Pc = 1-5 % Stabilointi = 1 h, 13 C -6 % 1, 1, 1, 1, 1, 1, Aika / tuntia 9
Tulosten yleistettävyys ja mitoitusohje Mittaukset homogeenisessa kentässä Demagnetoitumisprosessin mallintaminen Huomioitava myös vaihtuvan kentän vaikutus => voidaanko soveltaa ns. worst case tyylistä mitoitusta Jatkoprojekti 16-16 C B z [T],45,4,35,3,25,2,15,1,5 -,5 -,1 5 1 15 2 25 y [mm] 16 - alku 16-1h 1
Projekti vaihtuvan kentän vaikutuksesta Yhteisprojekti TTY:n Porin yksikön elektroniikan laboratorion kanssa (prof. Pekka Ruuskanen) 2-vuotinen TEKES-rahoitteinen tutkimushanke Sisältää mm. Mittausjärjestelmän suunnittelun (magneettipiiri, vaihtovirtasyöte, lämpötilakontrolli, häviömittausjärjestelyt, ym.), testauksen ja verifioinnin Mittaussarjojen suunnittelun, suorittamisen, tulosten analysoinnin ja julkaisun Tavoitteena aloittaa vuoden 211 alusta Magneetti 1 % yritysrahoitusosuuden kerääminen alkanut