磁铁失去强度的原因_体积损耗、几何形状、高温和外部磁场退磁的影响

看看磁铁是否会随着时间的推移而失去能量,在没有外部影响的情况下,商业上可行的磁性合金应保持磁性数百年。合金产生的磁场可能因时效效应而轻微退化,但在大多数情况下,它仍应是有效的磁场源。话虽如此,实际应用中使用的大多数磁铁都会经历许多外部退磁条件。部分退磁的磁铁可能会极大地影响运行性能,从而导致现场故障。

体积损失

磁场损耗导致的最显著的性能下降是由于磁铁体积的减小。有时,这可能是由于机械冲击造成的,其中一部分磁铁与主体断裂,但通常,体积损失是由于腐蚀造成的。通常,腐蚀或破裂导致的性能损失是可以观察到的,而且非常明显,但存在一些机制,在这些机制中,看似完整的磁铁可能会部分退磁,从而导致性能下降,并直接影响磁铁的寿命。

磁铁几何形状对保持强度的作用

磁性合金不希望被磁化。当磁铁被磁化时,它会进入一个更高的能量状态。磁铁希望降低能量状态并退磁。在去除外部磁场后,保持磁铁“磁化”的能力是永磁合金的特殊之处。

在外加磁场的情况下,普通钢可以成为非常强的磁铁,但当外部磁场被去除时,钢的感应磁场立即降到几乎为零。

与钢不同,磁性合金中存在一种机制,允许持续的感应磁性;然而,这种机制有局限性。磁铁不断尝试“自我退磁”,影响退磁的第一个因素是磁铁的几何形状。

磁铁的几何形状极大地影响了磁铁合金承受大量外部和内部影响的退磁能力。磁体的几何形状越理想,其抗自退磁、高温和外部退磁磁场的能力就越好。

磁铁的几何形状可以简化为一个简单的比率,即磁铁长度/有效磁极直径(L/D)。磁体的磁性长度是磁体在磁化方向上的物理尺寸。有效磁极直径是磁极区域的直径或非圆形磁极的等效直径。

L/D比越高,磁铁就越能抵抗各种形式的退磁。然而,这通常会导致更多的磁铁体积和更高的成本。更高的L/D比将导致更高的磁性能,但这种相关性不是线性的,磁铁很快就会遇到相对于性能的收益递减点。

(*对于非圆盘的磁铁几何形状,可在L/D比中使用等效直径/面积圆。有必要定位磁极的面积,并计算具有等效面积的圆的直径。)

高温退磁

暴露在高温下的磁铁会失去无法恢复的强度。磁铁在加热时会失去强度,但只要没有超过某个工作点(最高工作温度),冷却后强度就会恢复。如果磁铁高于工作点,则磁铁体积的一定百分比会退磁,并且在不重新磁化磁铁的情况下无法恢复磁损耗。

操作点是特定于几何体的。大多数磁铁供应商规定了各种等级的磁铁合金的最高工作温度,但这必须是合格的。记录的最高工作温度假设磁铁具有适当的几何形状,以承受所选合金等级的热量水平。特定磁铁合金等级的广告最高工作温度并不总是足以确保高温性能。为获得最佳运行耐热性,磁铁的磁性长度必须相对于磁极面积足够长。

例如,一个外径为0.250“x长度为0.250”的钕磁铁,在整个长度方向上定向并磁化,其磁极长度与磁极直径的比值为L/D=1。这是一个非常好的L/D比,宣传的最高工作温度可以用作应用程序的最高工作温度。然而,外径为0.250“x 0.125”长的磁铁的L/D=0.5,这表明必须向下调整磁铁的公布最高温度或选择更高的热等级。通常,大于0.7的L/D比适用于Neo的推荐工作温度,但最好咨询供应商并进行热测试。

外场退磁

磁铁合金用足够强的磁场磁化,磁场的方向与磁铁的方向相同。当磁化磁铁暴露在与磁铁磁化相反的强磁场中时,部分磁铁可能会退磁。这种退磁本质上降低了磁铁的有效磁场,因此磁铁的性能会降低。

外部退磁磁场可能源于电磁铁/线圈或其他相邻永磁体产生的磁场。线圈的一个例子是电机应用,其中线圈组产生的动态磁场与永磁体产生的磁场相互作用,从而产生运动。来自相邻永磁体的退磁磁场的静态情况的一个例子可以是Halbach(哈尔巴赫)阵列,其中一些内部磁体的L/D差,Hci低,并且从其他阵列磁体退磁。一个动态的例子可能是一个永磁转矩耦合器,它“滑动”并像磁极一样彼此旋转。当磁铁需要在高温下工作时,这种带有外部磁场的局部退磁会加剧。外加磁场和高温共同作用使磁性合金退磁。

内禀矫顽力

内禀矫顽力(Hci)表示磁性合金承受外部磁场的热量和退磁的能力。快速查看Neo合金等级表显示,随着固有矫顽力的增加,工作温度升高。这也适用于磁铁承受外部退磁场的能力。固有矫顽力越高,磁体越能承受外部退磁磁场。

磁性材料的固有矫顽力增加了成本,这就是为什么Hci水平应与应用相匹配的原因。通过向晶格中添加各种材料,新磁铁的Hci得到增强。最突出的材料是镝,它非常昂贵。此外,通过向晶格中添加材料,钕合金的有效能量降低。这意味着具有高工作温度的高等级近地天体很难制造、价格昂贵或无法获得。这就是为什么50级的钕具有约14千欧的固有矫顽力和较低的耐热性。

总结:磁铁能使用多久?

最好对磁铁的工作条件进行实际分析,以确定所需的新磁铁合金等级。当磁铁在运行期间经历高温和退磁场时,尤其如此。在不了解磁长度/有效磁极直径比(L/D)和预期操作环境的影响的情况下,不应依赖供应商公布的温度性能值。

磁铁失去强度的原因_体积损耗、几何形状、高温和外部磁场退磁的影响