ข้อมูลเกี่ยวกับแมกนีโตสตริกชัน

Magnetostriction เป็นคุณสมบัติของวัสดุแม่เหล็กที่ทำให้วัสดุเปลี่ยนรูปร่างหรือขนาดในระหว่างกระบวนการทำให้เป็นแม่เหล็ก การเปลี่ยนแปลงของการทำให้เป็นแม่เหล็กของวัสดุอันเนื่องมาจากสนามแม่เหล็กที่ใช้ทำให้ความเครียดของแมกนีโตสตริกทีฟเปลี่ยนแปลงไปจนกระทั่งถึงค่าความอิ่มตัว λ ผลดังกล่าวได้รับการระบุครั้งแรกในปี พ.ศ. 2385 โดยเจมส์ จูล เมื่อสังเกตตัวอย่างเหล็ก
Magnetostriction คือปรากฏการณ์ที่วัสดุแม่เหล็กมีการเปลี่ยนแปลงความยาวเล็กน้อยภายใต้อิทธิพลของสนามแม่เหล็ก ผลกระทบนี้สามารถทำให้เกิดการสั่นสะเทือนและเสียงรบกวน (หรือที่เรียกว่า "เสียงฮัม 100 เฮิรตซ์") ในเครื่องกำเนิดไฟฟ้า และทำให้ประสิทธิภาพลดลง การออกแบบเครื่องกำเนิดไฟฟ้าและเทคโนโลยีวัสดุพิเศษต่างๆ ถูกนำมาใช้เพื่อลดผลกระทบของ Magnetostriction ในเครื่องกำเนิดไฟฟ้า
1. การเลือกวัสดุ:
*วัสดุแม่เหล็กอ่อน:
การเลือกวัสดุแกนกลางที่เหมาะสมเป็นสิ่งสำคัญ วัสดุแม่เหล็กอ่อนที่มีการหดตัวของแม่เหล็กต่ำจะถูกนำมาใช้ ได้แก่:
*โลหะผสมเหล็กซิลิกอน (แผ่นเหล็กไฟฟ้า):
แผ่นเหล็กไฟฟ้าพิเศษแบบไม่เรียงตามเกรน (NGO) หรือเรียงตามเกรน (GO) ที่มีปริมาณซิลิกอนสูงจะถูกนำมาใช้ ซิลิกอนจะเพิ่มความต้านทานของวัสดุ ซึ่งจะช่วยลดการสูญเสียกระแสวน ขณะเดียวกันก็ส่งผลในเชิงบวกต่อคุณสมบัติของแมกนีโตสตริกทีฟ แผ่นเหล็กไฟฟ้าแบบเรียงตามเกรนได้รับการผลิตขึ้นเพื่อให้ทิศทางการสร้างแม่เหล็กได้ง่ายอยู่ในทิศทางการรีด ซึ่งจะลดการหดตัวของแม่เหล็กในทิศทางนี้ให้น้อยที่สุด
*โลหะผสมนิกเกิล-เหล็ก (Permalloy):
โลหะผสมเหล่านี้มีการหดตัวของแม่เหล็กต่ำมากหรือแม้กระทั่งเชิงลบ จึงเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานที่เสียงรบกวนและการสั่นสะเทือนต่ำเป็นสิ่งสำคัญ
*โลหะผสมอสัณฐานและนาโนคริสตัลไลน์:
เนื่องจากโครงสร้างอะตอมที่ไม่เป็นระเบียบ วัสดุเหล่านี้จึงมักมีการหดตัวของแม่เหล็กต่ำมากและมีการสูญเสียแกนกลางต่ำ
2. มาตรการการออกแบบ:
*การวางซ้อนแผ่นลามิเนต:
แกนกลางสเตเตอร์และโรเตอร์ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าประกอบด้วยแผ่นลามิเนตบางๆ จำนวนมากที่หุ้มฉนวนซึ่งกันและกัน (แผ่นลามิเนต) ซึ่งจะป้องกันกระแสน้ำวนขนาดใหญ่ จึงลดการสูญเสีย ความร้อน และเสียงรบกวนที่เกี่ยวข้องกับการหดตัวของแม่เหล็กได้
*การอบเพื่อบรรเทาความเครียด:
หลังจากเจาะและกลึงแผ่นลามิเนตแล้ว ความเค้นภายในอาจเกิดขึ้นในวัสดุ ซึ่งส่งผลกระทบเชิงลบต่อคุณสมบัติของการหดตัวของแม่เหล็ก การอบเพื่อบรรเทาความเครียดในภายหลังสามารถบรรเทาความเครียดเหล่านี้และปรับปรุงคุณสมบัติทางแม่เหล็กได้
*การชุบสารและการยึดติด:
แผ่นลามิเนตมักจะเชื่อมเข้าด้วยกันภายใต้แรงกดดันและชุบสารหรือยึดติดด้วยเรซิน ซึ่งจะช่วยเพิ่มเสถียรภาพทางกลของแกนกลางและลดการสั่นสะเทือนที่อาจเกิดจากแมกนีโตสตริกชั่นได้
*การเพิ่มประสิทธิภาพทางเรขาคณิต:
เรขาคณิตของช่อง: สามารถปรับรูปร่างและการจัดเรียงของช่องในสเตเตอร์และโรเตอร์ให้เหมาะสมเพื่อลดความผันผวนของความหนาแน่นของฟลักซ์แม่เหล็กในพื้นที่ ความผันผวนเหล่านี้เป็นสาเหตุหลักของการหดตัวของแม่เหล็ก
*ฮาร์มอนิกของสนามช่องว่างอากาศ:
การพันขดลวดแบบฟันในเครื่องจักรซิงโครนัสแม่เหล็กถาวร (PMSM) สามารถแสดงฮาร์มอนิกของสนามช่องว่างอากาศสเตเตอร์ที่แข็งแกร่ง ซึ่งขยายกระแสน้ำวนของโรเตอร์และทำให้เกิดการหดตัวของแม่เหล็กด้วย ความรุนแรงของฮาร์มอนิกเหล่านี้สามารถลดลงได้โดยการปรับให้เหมาะสมของขดลวดและเรขาคณิตของโรเตอร์
การออกแบบเชิงกลที่แข็งแกร่ง:
การออกแบบเครื่องกำเนิดไฟฟ้าทั้งหมดที่แข็งแกร่งและมีการสั่นพ้องต่ำเป็นสิ่งสำคัญเพื่อลดการสั่นสะเทือนที่เกิดจากการบีบอัดของแม่เหล็กได้อย่างมีประสิทธิภาพและลดการส่งผ่านไปยังตัวเครื่องให้เหลือน้อยที่สุด
3. วิธีการลดการสั่นสะเทือนแบบแอคทีฟ (ไม่ค่อยพบในเครื่องกำเนิดไฟฟ้า):
แม้ว่าโดยทั่วไปแล้ว การวัดแบบพาสซีฟจะได้รับความนิยมในเครื่องกำเนิดไฟฟ้า แต่ก็มีแนวทางในการลดการสั่นสะเทือนแบบแอคทีฟเช่นกัน แม้ว่าจะซับซ้อนกว่าก็ตาม
*การควบคุมเสียงรบกวนและการสั่นสะเทือน:
ในแอปพลิเคชันที่เฉพาะเจาะจงมาก เซ็นเซอร์สามารถตรวจจับการสั่นสะเทือน และตัวกระตุ้นจะสร้างการสั่นสะเทือนเพื่อต่อต้านการสั่นสะเทือนที่เกิดจากแมกนีโตสตริกชัน

การวิจัยและพัฒนา:
การวิจัยยังคงมุ่งเน้นไปที่การพัฒนาโลหะผสมชนิดใหม่ที่มีแมกนีโตสตริกชันต่ำยิ่งขึ้น รวมไปถึงการปรับปรุงกระบวนการออกแบบและการผลิตเพื่อลดผลกระทบของแมกนีโตสตริกชันให้น้อยที่สุด และปรับปรุงประสิทธิภาพและความเงียบของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า
การออกแบบระบบอัตโนมัติแบบสหสาขาวิชาที่คำนึงถึงด้านแม่เหล็กไฟฟ้า ความร้อน โครงสร้าง โรเตอร์ไดนามิก และ NVH (เสียง การสั่นสะเทือน และความกระด้าง) กำลังมีบทบาทสำคัญเพิ่มมากขึ้นในกระบวนการนี้

