ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΙΩΑΝΝΙΝΩΝ ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ Μαγνητικά Υλικά Υπεραγωγοί ΜΑΛΑΚΑ ΜΑΓΝΗΤΙΚΑ ΥΛΙΚΑ Διδάσκων: Καθηγητής Ιωάννης Παναγιωτόπουλος
Άδειες Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons. Για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες, που υπόκειται σε άλλου τύπου άδειας χρήσης, η άδεια χρήσης αναφέρεται ρητώς.
Εξέλιξη μαλακών και Σκληρών Μαγνητικών Υλικών Μαλακά Η C <1kA/m (~12 Oe) Σκληρά Η C >200kA/m (~2.5 koe)
Μαλακά Μαγνητικά Υλικά H=n I H=M S
Μόνιμοι Μαγνήτες
B B 1 db dm = µ 0( H + M ) = H + M µ r = = 1+ = 1+ χ µ µ dh dh M(kA/m) 500 400 300 200 100 0-100 -200-300 -400-500 0 Γ B A -1000-500 0 500 1000 H(A/m) 0
Χαρακτηριστικά μαλακών μαγνητικών υλικών Υψηλή μαγνητική διαπερατότητα: (μ α,μ max ) Ni 80 Fe 20 (Permalloy) μ a =8000, μ max =100000 Νικέλιο μ a =110, μ max =600 Χαμηλό συνεκτικό πεδίο: Ni 80 Fe 20 (Permalloy) 4 A/m άμορφα υλικά Fe-Si-Β (METGLASS) 0.1 A/m Χαμηλές απώλειες λόγω επαγωγικών ρευμάτων (eddy-current losses) Χαμηλές απώλειες λόγω υστέρησης (hysteresis losses) Στατικές Υψηλή μαγνήτιση κόρου Εξαρτώμενες από την συχνότητα (Anomalous eddy-current losses) Ακουστικές (Μαγνητοσυστολή) Permalloy ~1T CoZr ~1.4T 1 db µ r = = 1+ χ = 1+ µ dh 0 dm dh
Κατηγορίες εφαρμογών-ειδικές απαιτήσεις Ογκώδεις μετασχηματιστές, γεννήτριες και μοτέρ κόστος Μικροί μετασχηματιστές (τηλεπικοινωνίες κλπ) μ r,h c Συσκευές «κορεζόμενου πυρήνα» (κεφαλές-heads, συγκεντρωτές ροής-flux concentartors) μ r,h c,m S Μικροκυματικές διατάξεις φερρίτες, garnets Μετασχηματιστές προσανατολισμός ε.α. (001) //Η μοτέρ προσανατολισμός ε.α. (001) // επίπεδο περιστροφής του πεδίου
Αντιμετώπιση Ενεργειακών Απωλειών Ενερεγειακές απώλειες Μαγνητικής Υστέρησης Υλικά με χαμηλό Hc δηλ. με στενό βρόχο υστέρησης. Μακροσκοπικά Επαγωγικά Ρεύματα στον Πυρήνα. Φυλλοποίηση, Υλικά με μεγάλη αντίσταση. Μικροσκοπικά Επαγωγικά Ρεύματα Εντοπισμένα στα κινούμενα τοιχώματα Bloch. μείωση του μεγέθους των μαγνητικών περιοχών Ακουστικές Απώλειες Λόγω Μαγνητοσυστολής Υλικά με μικρή μαγνητοσυστολή. Ωμικές Απώλειες στα πηνία Υλικά με μεγάλο μ και μικρό συνεκτικό πεδίο που φτάνουν εύκολα σε κόρο. (Χαμηλή Ανισοτροπία, Κρυσταλλογραφικός Προσνατολισμός εύκολου άξονα στην διεύθυνση εφαρμογής του πεδίου).
Επαγωγικά ρεύματα-φυλλοποίηση δ ρ µf Fe/Fe-O Fe-Si/MgO
Μαγνητική Θωράκιση
Κατηγορίες Μαλακών Μαγνητικών Υλικών Πυριτικοί Χάλυβες Sendust Ni-Fe (Permalloys ) Κράματα Fe-Co (Permandur) Αμορφα Κράματα Fe-Co-B Νανοκρυσταλλικά Κυβικοί Φερρίτες Υλικά για μαγνητικές κεφαλές Εγγραφής
Πυριτικοί Χάλυβες
Sendust Al 5 Fe 85 Si 10 Παρουσία Ψαθυρού Fe 3 Si
Ni-Fe (Permalloys ) 400 0.79 0.16 1000000 100000 0.65 4 100000 20000 460 0.87 4 100000 20000 79 4 500 1.6 4 70000 4000 580 1.08 4 100000 8000 78 ) ( ) ( ) / ( 5 16 79 2 5 16 77 4 17 79 50 50 22 78 0 0 max Mo Fe Ni Supermalloy Cr Cu Fe Ni Mumetal Mo Fe Ni Permalloy Fe Ni Hipernik Fe Ni Permalloy C T Tesla M m A H C S C a µ µ µ
Κράματα Fe-Co και Fe-Co-B Co X Fe 100-X (Co X Fe 100-X ) 80 B 20 Permendur Fe 50 Co 50 Supermandur Fe 49 Co 49 V 2 Άμορφο Fe-Co-B ρ=7μω cm ρ=25μω cm ρ=130μω cm
Νανοκρυσταλλικά μαλακά μαγνητικά υλικά μηχανισμός αντιστροφής = κίνηση των τοιχωμάτων Όταν D<δ 40nm τότε H C ~D 6 (FINEMET) Fe 73.5 Si 13.5 B 9 Nb 3 Cu 1 = α-fe (10 nm)+άμορφη+cu (NANOPERM) Fe 86-91 Zr 7 B 7-2 = α-fe+άμορφη Hc=0.5-1A/m και µ α =0.7-1x10 5.
Κυβικοί Φερρίτες ΜΟ Fe 2 O 3, Μ=Mg,Mn,Ni: δομή σπινέλιου (ΜgΟ Al 2 O 3 ) μοναδιαία κυψελίδα 8 7=56 άτομα Κανονικοί = Μ 2+ 8 τετραεδρικές, Fe 3+ 16 οκταεδρικές Ανεστραμμένοι = Fe 3+ 8 τετραεδρικές, Μ 2+,Fe 3+ 16 οκταεδρικές NiO. Fe 2 ZnO. Fe MgO. Fe FeO. Fe 2 2 O 2 O O O 3 3 3 3 A K A Fe 3+ 5 2+ ( Zn ) 4.5 2+ 3+ Mg, Fe 5 3+ Fe 2 2+ Ni, Fe 5 3+ Fe, Fe 2+ 3 Mg, Fe 4 2+ Fe, Fe 3+ 3+ + 3+ 5 5 5.5 5 2µ 0µ 1µ 1µ B B B B Ferroxcube A =48MnFe 2 O 4. 52ZnFe 2 O 4, μ α =1440, =0.33Τ (500kHz) 100 Ohm cm Ferroxcube Β =36ΝιFe 2 O 4. 64ZnFe 2 O 4, μ α =650, =0.36Τ (100MHz) 10 5 Ohm cm
Μαλακά Μαγνητικά Σε Διάφορες Συχνότητες f Υλικό Εφαρμογές Στατική Permendur, Permalloy Ηλεκτρομαγνήτες Ρελέ 1 Hz- 1 khz Si-Steel, Permalloy, Finemet,Magnetic Glasses Μετασχηματιστές, Γεννήτριες, Κινητήρες 100 Hz-100 khz Permalloy foils, finmet, magnetic glasses, Sendust powder, Mn-Zn Πυρήνες Επαγωγικών πηνίων,μετασχηματιστές (CRT flyback) 0.1-1000 MHz Mn-Zn, Ni-Zn Πυρήνες Επαγωγικών πηνίων, Αντένες >1 GHz YIG, Li ferrite Μικροκυματικές διατάξεις
Τέλος Ενότητας
Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στα πλαίσια του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων» έχει χρηματοδοτήσει μόνο τη αναδιαμόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους.
Σημειώματα
Σημείωμα Ιστορικού Εκδόσεων Έργου Το παρόν έργο αποτελεί την έκδοση 1.0. Έχουν προηγηθεί οι κάτωθι εκδόσεις: Έκδοση 1.0 διαθέσιμη εδώ. http://ecourse.uoi.gr/course/view.php?id=1099.
Σημείωμα Αναφοράς Copyright Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων, Διδάσκων: Καθηγητής Ιωάννης Παναγιωτόπουλος. «Μαγνητικά Υλικά Υπεραγωγοί. ΜΑΛΑΚΑ ΜΑΓΝΗΤΙΚΑ ΥΛΙΚΑ». Έκδοση: 1.0. Ιωάννινα 2014. Διαθέσιμο από τη δικτυακή διεύθυνση: http://ecourse.uoi.gr/course/view.php?id=1099.
Σημείωμα Αδειοδότησης Το παρόν υλικό διατίθεται με τους όρους της άδειας χρήσης Creative Commons Αναφορά Δημιουργού - Παρόμοια Διανομή, Διεθνής Έκδοση 4.0 [1] ή μεταγενέστερη. [1] https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/.