钐钴和钕铁硼是常见的永磁材料,它们具有良好的导电性,但电阻率较低。这对电机等旋转机械来说可能会引起涡流损耗,导致设备发热。因此,如何处理磁体的涡流损耗是电机设计中的一个重要课题。
涡流损耗的产生机制
要理解和降低涡流损耗,首先需要了解其产生机制,这涉及到一个关键概念——趋肤效应。
趋肤效应
当交变电流通过导体时,电流密度在导体横截面上的分布不均匀。随着电流频率的升高,电流会逐渐集中在导体表面,而导体内部的电流则减少,这一现象称为趋肤效应。频率越高,趋肤效应越显著。
趋肤效应的产生是由于涡流。根据电磁感应定律,交变电场会在导体内部和周围产生交变磁场,进而在导体内部产生呈涡旋状的感应电流,即涡流。离导体中心越近,交变磁场所产生的感生电动势就越高,涡流越强,对原电流的阻碍作用越大,导致中心电流密度减小,而表面电流密度增加。
由于感应电动势随着频率的提高而增加,趋肤效应也随之增强。当高频电流通过导体时,电流只在导体表面的一薄层中流过,相当于减小了导体的有效截面积,降低了导体材料的利用率。