Magnetische Flusskonzentratoren für Induktionsheizspulen: Auswahl und Bearbeitung

Magnetische Flusskonzentratoren werden häufig auf Induktionsheizspulen verwendet, um das Magnetfeld auf einen ausgewählten Bereich des Werkstücks zu lenken. Ein geeigneter Konzentrator kann die magnetische Kopplung verbessern, Streufluss reduzieren und helfen, das Heizmuster zu formen.

Das Material selbst, Jedoch, arbeitet unter anspruchsvollen Bedingungen. Es ist einem wechselnden Magnetfeld ausgesetzt, Wärmestrahlung vom Werkstück, Vibrationen, Kühlwasser und wiederholtem Erhitzen und Abkühlen. Ein Material, das bei einer Frequenz oder an einer Induktivität gut funktioniert, ist möglicherweise für eine andere nicht geeignet.

Aus diesem Grund, sollte die Auswahl eines magnetischen Flusskonzentrators mit den Betriebsbedingungen des Induktionsheizsystems beginnen, nicht einfach mit dem Material, das die höchste magnetische Permeabilität hat.

Ein magnetischer Flusskonzentrator leitet das Magnetfeld auf einen ausgewählten Bereich des Werkstücks — dieselbe Spule wird mit und ohne Konzentrator gezeigt.

1. Die Frequenz kommt zuerst	2. Welche Eigenschaften sind wichtig
3. Ferrit, Siliciumstahl oder Verbundwerkstoff	4. Bearbeitungsvorsichtsmaßnahmen

1. Die Frequenz kommt zuerst

Die erste Frage ist, ob das magnetische Material für die Betriebsfrequenz des Induktionsnetzgeräts geeignet ist.

Verschiedene magnetische Materialien haben unterschiedliche nützliche Frequenzbereiche. Wenn ein Konzentrator über dem für ihn vorgesehenen Bereich verwendet wird, Magnetische Verluste können schnell ansteigen und das Material kann beginnen, sich selbst zu erhitzen.

Die Ausfallart hängt vom Material ab.

Ferrit Kann seine magnetischen Eigenschaften verlieren, wenn seine Temperatur über seine Curie-Temperatur hinaus steigt. Siliziumstahl-Laminate Kann überhitzen, Oxidieren oder unter extremen Bedingungen sogar sichtbar rot werden. In bearbeitbaren magnetischen Verbundwerkstoffen Materialien, Übermäßige Temperatur kann den Bindemittel, der die magnetischen Partikel zusammenhält, beschädigen, Was schließlich zu Rissen oder Fragmentierung führen kann.

Aus diesem Grund sollte vor der Durchlässigkeit die Frequenzkompatibilität überprüft werden, Form oder einfache Bearbeitung.

Die tatsächlich zulässige Häufigkeit ist den technischen Daten des Materialherstellers zu entnehmen. Es ist nicht ratsam, Ferrit einen universellen Frequenzbereich zuzuordnen, laminierter Siliziumstahl oder magnetische Verbundmaterialien, da sich Qualitäten und Rezepturen erheblich unterscheiden.

Auch die Betriebsfrequenz ist nicht die einzige Ursache für die Erwärmung des Konzentrators. Feldstärke, Konzentratordicke, Kühlbedingungen und ihre Position relativ zum Werkstück beeinflussen alle Verluste. Ein Material, das technisch innerhalb seines Frequenzbereichs liegt, kann dennoch überhitzen, wenn die Spule schlecht entworfen ist oder die Kühlung unzureichend ist.

2. Welche Eigenschaften bei der Auswahl eines Flusskonzentrators wichtig sind?

Nach Bestätigung der Frequenztauglichkeit, müssen mehrere Materialeigenschaften zusammen betrachtet werden.

Magnetische Permeabilität beeinflusst, wie leicht der magnetische Fluss das Material durchdringt. Eine höhere Permeabilität kann dazu beitragen, den magnetischen Fluss um die erforderliche Heizzone herum zu lenken und zu konzentrieren. Das sollte nicht der Fall sein, Jedoch, als einfaches „Je höher“ behandelt werden, desto besser” Spezifikation. Der Nutzwert ist frequenzabhängig, Magnetfeldstärke, Materialverluste und die Geometrie des Konzentrators.

Elektrischer Widerstand ist wichtig, da sich der Konzentrator selbst in einem magnetischen Wechselfeld befindet. Wirbelströme Die im Inneren des Materials erzeugten Wärme führen zu einer zusätzlichen Erwärmung. Ein höherer spezifischer elektrischer Widerstand verringert im Allgemeinen diese Wirbelstromverluste. Dies ist einer der Gründe, warum dem Elektrostahl Silizium zugesetzt wird, und warum Ferrite und Verbundwerkstoffe mit isolierten Partikeln in Hochfrequenzanwendungen nützlich sein können.

Das Material Sättigungsverhalten sollte auch berücksichtigt werden. Wenn die magnetische Flussdichte zu hoch wird, Ein magnetisches Material nähert sich der Sättigung und seine Fähigkeit, das Feld weiter zu konzentrieren, nimmt ab. Dies ist besonders bei Hochleistungsdichte-Induktoren und Bereichen, in denen das Magnetfeld stark konzentriert ist.

Curie-Temperatur ist eine weitere praktische Grenze. Ein Flusskonzentrator nimmt Wärme aus zwei Richtungen auf: magnetische Verluste erzeugen Wärme im Material, während das heiße Werkstück Wärme abstrahlt. Wenn die Materialtemperatur seinen Curie-Punkt übersteigt, verschlechtern sich seine magnetischen Eigenschaften stark.

Gut Wärmeleitfähigkeit hilft bei der Kontrolle dieses Problems. Konzentratoren werden oft direkt an einem Kupferrohr oder einem Kupferkühlkörper installiert. Dann kann Wärme in das übertragen werden wassergekühlte Kupferstruktur. Ein Material mit schlechter Wärmeleitung kann weiterhin Wärme ansammeln, selbst wenn die Induktionsspule selbst ausreichend gekühlt wird.

Mechanische Eigenschaften sind leicht zu übersehen. Ein auf einer industriellen Induktionsspule installierter Konzentrator kann Vibrationen ausgesetzt sein, thermischer Schock, Abschreckflüssigkeit, Maßstab, Feuchtigkeit und wiederholte Temperaturschwankungen. Rissbeständigkeit, Korrosion und thermischer Schock sind daher genauso wichtig wie die magnetische Leistung, wenn eine lange Lebensdauer erforderlich ist.

Schließlich, muss das Material den Anforderungen entsprechen Geometrie. Induktionsspulen verwenden oft Konzentratoren mit Schlitzen, gekrümmte Oberflächen, U-förmige oder Π-geformte Abschnitte und andere kundenspezifische Profile. Ein Material, das magnetisch gute Leistungen erbringt, aber nicht in der benötigten Form hergestellt werden kann, ist für diesen Induktor möglicherweise nicht praktisch.

3. Ferrit, Siliziumstahl oder bearbeitbares magnetisches Material?

Es gibt kein einzelnes magnetisches Material, das für jede Induktionsspule am besten ist.

In der Praxis, Die Materialauswahl erfordert normalerweise einen Kompromiss zwischen der magnetischen Leistung, Betriebsfrequenz, Temperatur, mechanische Festigkeit, Kühlung, Geometrie und Kosten. Einfach einen Konzentratortyp durch einen anderen ersetzen, ohne darüber nachzudenken kompletter Induktor kann das ändern Erwärmungsmuster anstatt es zu verbessern.

4. Vorsichtsmaßnahmen bei der Bearbeitung von bearbeitbaren magnetischen Materialien

Bearbeitbare magnetische Konzentratoren werden im Allgemeinen durch Mischen von ferromagnetischem Pulver mit einem Bindemittel hergestellt, Anschließend erfolgt das Pressen und Aushärten. Einige Materialien mit hoher Dichte können gerichtete Eigenschaften aufweisen, Daher sollte bei der Herstellung von Formen wie z. B. die Ausrichtung berücksichtigt werden Π-Typ Konzentratoren.

Ein ähnliches Problem besteht, wenn Π-Die geformten Magnetkreise bestehen aus orientierten Siliziumstahllamellen. Die Ausrichtung des magnetischen Materials relativ zum Flusspfad kann das Endergebnis beeinflussen.

Siliziumstahl-Laminate erfordern nach dem Stanzen ebenfalls Aufmerksamkeit. Grate, die an den Kanten verbleiben, sollten entfernt werden. Wenn benachbarte Laminate über Grate elektrisch verbunden sind, kann die Isolierung zwischen den Blechen beeinträchtigt werden und Wirbelstromverluste können zunehmen.

Bearbeitbare Verbundmagnetmaterialien können normalerweise mit konventionellen Verfahren wie Drehen, Bohren, Fräsen und Schleifen verarbeitet werden.

Das Schneidwerkzeug sollte scharf sein. Eine relativ kleine Vorschubrate und eine angemessene Schnittgeschwindigkeit helfen, Absplitterungen und übermäßige mechanische Belastung des Materials zu reduzieren.

Die Bearbeitung erfolgt normalerweise ohne herkömmliches Schneidöl, es sei denn, der Materiallieferant gibt etwas anderes an. Das Ziel ist es, Flüssigkeiten oder Verunreinigungen zu vermeiden, die die poröse oder gebundene Struktur des Materials beeinflussen könnten.

Häufig gestellte Fragen

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Kann ein Konzentrator-Material über einen beliebigen Frequenzbereich verwendet werden??

Nein. Jedes magnetische Material hat einen nützlichen Frequenzbereich. Über diesem Bereich, steigen die magnetischen Verluste und der Konzentrator kann beginnen, sich selbst zu erwärmen — Ferrit verliert seine Eigenschaften, wenn er seinen Curie-Punkt überschreitet, Siliciumstahl oxidiert, und Verbundbinder können Risse bekommen. Überprüfen Sie immer die Herstellerangaben für die jeweilige Sorte.

Warum ist EDM oder Drahterodieren für bearbeitbare magnetische Verbundwerkstoffe oft ungeeignet??

Diese Verbundwerkstoffe bestehen aus einzeln isolierten Magnetpartikeln, die durch ein schlecht leitendes Bindemittel zusammengehalten werden, Daher unterscheidet sich ihr elektrisches Verhalten von dem von massivem Metall. Weil EDM auf elektrischer Leitfähigkeit beruht, ist es für viele solcher Materialien ungeeignet. Überprüfen Sie die Bearbeitungsmethode anhand des spezifischen Materials, bevor Sie fortfahren.

Woher weiß ich, ob ein Flusskonzentrator überhitzt?

Achten Sie auf Verfärbungen, Risse, oder einen Rückgang der Heizeffizienz. Überhitzung kann durch übermäßige Feldstärke, unzureichende Kühlung, oder schlechte Platzierung in Bezug auf das Werkstück auftreten — auch wenn das Material im angegebenen Frequenzbereich liegt.