Как да изберем неодимов магнит

1. Започнете със задачата

Преди да разглеждате класовете, запишете какво трябва да прави магнитът: да държи детайл, да вдига товар, да задейства сензор, да задвижва двигател или да свързва два вала. След това отбележете четири неща: размера, с който разполагате, необходимата сила или поле, температурния диапазон, в който ще работи, и средата (сух въздух на закрито, влажност, вода, масло, химикали). Тези четири отговора определят почти всичко останало, а последните два най-често се забравят.

2. Какво ни казва номерът на класа

В наименование като N42 числото приблизително съответства на максималното енергийно произведение в MGOe, т.е. N42 е около 42 MGOe или 334 kJ/m³. По-високото число означава по-силен магнит при същия размер, но не и по-добър магнит за всяка задача. В таблиците на производителите класовете с много висока енергия са предвидени за по-ниски температури: например един производител посочва N35 до N48 при 80 °C, но N50 и N52 при 70 °C [1]. Друг източник отбелязва, че особено при тънки магнити N52 може да има по-ниска максимална работна температура от N42 [2].

3. Какво ни казват буквите в края

Буквите след числото описват вътрешната коерцитивна сила, т.е. колко силно материалът се съпротивлява на размагнитване. По ред те са: без буква (стандартен), M, H, SH, UH, EH и AH. Препоръчителните максимални работни температури на един производител са [1]:

Две неща правят впечатление в таблицата. Първо, по-високата температурна устойчивост върви с по-ниска максимална сила: в гамата на този производител класовете EH и AH се предлагат само с по-ниско енергийно произведение. Второ, тези температури са препоръчителни стойности, а не гаранция за вашия магнит; самият производител отбелязва, че максималната работна температура зависи от веригата, в която работи магнитът [1]. Следващите две секции обясняват защо.

4. Защо формата променя температурната граница

Работната точка на магнита върху кривата на размагнитване зависи от формата му и от това, което го заобикаля. Тя се описва с коефициента на пермеанс (Pc): високи и тесни магнити или магнити в затворена стоманена верига имат висок Pc; тънки и широки магнити във въздух имат нисък. Нисък Pc лежи по-ниско върху кривата и достига до коляното, където започва трайната загуба, при по-ниска температура [2].

K&J Magnetics дава ясен пример: диск от N42 с диаметър 1/2 in и дебелина 1/8 in (Pc 0,61) достига коляното при 80 °C, така че 80 °C е максималната му работна температура, а при 100 °C силата му пада до около 60 % от първоначалната. Цилиндър от N42 с Pc 3,46 не показва температурни загуби до над 140 °C [2]. Друг автор отбелязва, че често цитираните 120 °C за N42H предполагат отношение дължина към диаметър над около 0,7; при по-ниска работна точка използваемата граница може да е около 75 °C [3].

Изводът е прост: един и същ клас може да е безопасен като висок цилиндър и опасен като тънък диск при същата температура. Ако магнитът ви е тънък и е във въздух, преминете поне с един суфикс нагоре.

5. Продължителна или пикова температура

Максималните температури в техническите листове не казват колко дълго магнитът може да остане при тази температура. При синтерования NdFeB потокът продължава бавно да намалява и при постоянна повишена температура, приблизително с логаритъма на времето. В докторско изследване при коефициент на пермеанс 1,1 екстраполираната 30-годишна загуба остава под 1 % само под критична температура, която расте с коерцитивната сила, около 80 до 220 °C за четирите изпитани материала. Над нея загубите растат с температурата: един материал при 100 °C губи около 5 % след един час и почти 10 % за 30 години [4].

Затова магнит, който работи при дадена температура 24 часа в денонощието, се нуждае от по-голям запас от такъв, който я среща само за кратко. Нашият инструмент за избор по температура иска и двете стойности: най-високата продължителна температура и най-високия краткотраен пик. Той изважда 20 K от максимума по техническия лист при продължителен режим и добавя планов запас за формата и противоположните полета. Тези две правила са наш собствен консервативен подход за планиране, а не публикувани стандарти, и инструментът го посочва.

6. Покритие и околна среда

Синтерованият NdFeB корозира лесно, затова почти винаги е с покритие. Никел-мед-никел е най-разпространеното покритие; използват се и епоксидно, цинково и други. Избирайте покритието според средата, а не по навик: суха монтажна среда на закрито и детайл, изложен на влага, конденз или миене, са различни проблеми. Покритието не променя магнитния клас, но спуканото покритие върху чуплив магнит е мястото, откъдето започва корозията, затова попитайте как се опаковат магнитите и как трябва да се боравят.

Проверете и температурната граница на всичко, което е прикрепено към магнита. Лепилата и пластмасовите корпуси често отказват преди самия магнит.

7. Силата на прилепване в реални условия

Силата на прилепване в техническия лист се измерва чрез директно отлепване на магнита от дебела, плоска и чиста стоманена плоча при идеални условия. Във вашия монтаж тя ще е по-ниска заради въздушни междини, покрития, боя, груба, тънка или извита стомана, марката на стоманата и температурата. Силата, необходима за плъзгане на магнита встрани (срязване), обикновено е много по-ниска от директното отлепване. Проектирайте със запас по безопасност и изпитайте реалния монтаж. Подробности има в статията в речника за силата на прилепване.

8. Какво да ни изпратите при запитване за оферта

Колкото повече от този списък изпратите, толкова по-бърза и точна ще е офертата:

• Форма и размери с допуски (например диаметър, дебелина, дължина, ширина, вътрешен диаметър).
• Клас и суфикс или сила и температура, ако искате да ви предложим такъв.
• Посока на намагнитване (по дебелината, по диаметъра, радиално, многополюсно).
• Най-висока продължителна температура и най-висок краткотраен пик, както и дали има противоположно поле.
• Покритие и средата, на която ще бъде изложен детайлът.
• Количество на поръчка и на година, изисквания към опаковката, както и чертежи или образци.

9. Чести грешки

• Избор на най-високия номер N с пренебрегване на температурата.
• Използване на максималната температура от техническия лист като продължителна работна температура.
• Пренебрегване на формата: тънкият диск губи запаса си много по-бързо от високия цилиндър.
• Забравяне на противоположното поле в двигатели, генератори и магнитни съединители.
• Очакване на силата на прилепване от техническия лист в реален монтаж с междина, боя или тънка стомана.
• Пропускане на изпитване на образец при реални условия.

Литература

1. [1]  Eclipse Magnetics Ltd. (n.d.). Sintered Neodymium Iron Boron (NdFeB) Magnets [Technical data sheet]. https://www.eclipsemagnetics.com/site/assets/files/2399/neodymium_grades_data.pdf
2. [2]  K&J Magnetics, Inc. (n.d.). Temperature and neodymium magnets. https://www.kjmagnetics.com/blog/temperature-and-neodymium-magnets
3. [3]  Liu, J. (2016). Some design considerations using permanent magnets. Magnetics Magazine. https://magneticsmag.com/some-design-considerations-using-permanent-magnets/
4. [4]  Haavisto, M. (2013). Studies on the time-dependent demagnetization of sintered NdFeB permanent magnets (Publication 1180) [Doctoral dissertation]. Tampere University of Technology. https://neorem.fi/wp-content/uploads/2023/01/Studies-on-the-Time-Dependent-Demagnetization-of-Sintered-NdFeB-Permanent-Magnets.pdf
5. [5]  Coey, J. M. D. (2010). Magnetism and magnetic materials. Cambridge University Press.
6. [6]  Cullity, B. D., & Graham, C. D. (2009). Introduction to magnetic materials (2nd ed.). Wiley-IEEE Press.

Важно съобщение: Това ръководство е обща техническа информация. Стойностите са типични данни от цитираните източници, опростени за по-лесно четене; те се различават между производителите и не представляват спецификация, оферта или гаранция за характеристики. Те не обвързват Rami Technics. Потвърдете всяко проектно решение спрямо техническия лист и кривите на размагнитване на точния клас и форма и изпитайте образец при реални работни условия.