Jak vybrat neodymový magnet

1. Začněte úlohou

Než se začnete zabývat třídami, napište si, co má magnet dělat: držet díl, zvedat břemeno, spouštět senzor, pohánět motor nebo spojovat dvě hřídele. Poté si poznamenejte čtyři věci: rozměr, na který máte místo, požadovanou sílu nebo pole, teplotní rozsah, ve kterém bude pracovat, a prostředí (suchý vnitřní vzduch, vlhkost, voda, olej, chemikálie). Tyto čtyři odpovědi rozhodují téměř o všem ostatním a poslední dvě se zapomínají nejčastěji.

2. Co říká číslo třídy

V označení jako N42 číslo zhruba odpovídá maximálnímu energetickému součinu v MGOe, takže N42 je přibližně 42 MGOe neboli 334 kJ/m³. Vyšší číslo znamená silnější magnet při stejné velikosti, ale neznamená lepší magnet pro každou úlohu. V tabulkách výrobců jsou třídy s velmi vysokou energií určeny pro nižší teploty: například jeden výrobce uvádí N35 až N48 pro 80 °C, ale N50 a N52 pro 70 °C [1]. Jiný zdroj poznamenává, že zejména u tenkých magnetů může mít N52 nižší maximální pracovní teplotu než N42 [2].

3. Co říkají písmena přípony

Písmena za číslem popisují vnitřní koercitivitu, tedy jak silně materiál odolává demagnetizaci. V pořadí jsou to: žádné (standardní), M, H, SH, UH, EH a AH. Referenční maximální pracovní teploty jednoho výrobce jsou [1]:

V tabulce vynikají dvě věci. Za prvé, vyšší teplotní odolnost jde ruku v ruce s nižší maximální silou: v sortimentu tohoto výrobce se třídy EH a AH nabízejí jen s nižším energetickým součinem. Za druhé, tyto teploty jsou referenční hodnoty, nikoli záruky pro váš magnet; sám výrobce uvádí, že maximální pracovní teplota závisí na obvodu, v němž magnet pracuje [1]. Další dvě části vysvětlují proč.

4. Proč tvar mění teplotní limit

Pracovní bod magnetu na jeho demagnetizační křivce závisí na jeho tvaru a na okolí. Popisuje ho koeficient permeance (Pc): vysoké úzké magnety nebo magnety v uzavřeném ocelovém obvodu mají vysoké Pc; tenké široké magnety na volném vzduchu mají nízké. Nízké Pc leží na křivce níže a k ohybu, kde začíná trvalá ztráta, dospěje při nižší teplotě [2].

K&J Magnetics uvádí názorný příklad: disk N42 o průměru 1/2 in a tloušťce 1/8 in (Pc 0,61) dosáhne ohybu při 80 °C, takže 80 °C je jeho maximální pracovní teplota, a při 100 °C klesne jeho síla na zhruba 60 % původní hodnoty. Válec N42 s Pc 3,46 nevykázal teplotní ztráty až do teploty nad 140 °C [2]. Jiný autor poznamenává, že běžně uváděných 120 °C pro N42H předpokládá poměr délky k průměru nad zhruba 0,7; při nižším pracovním bodu může být použitelný limit kolem 75 °C [3].

Důsledek je jednoduchý: stejná třída může být jako vysoký válec bezpečná a jako tenký disk při téže teplotě nebezpečná. Pokud je váš magnet tenký a je na volném vzduchu, posuňte se alespoň o jednu příponu výše.

5. Trvalá, nebo špičková teplota

Maximální teploty v technickém listu neříkají, jak dlouho může magnet na dané teplotě setrvat. U slinutého NdFeB tok navíc při konstantní zvýšené teplotě dále pomalu klesá, zhruba s logaritmem času. V disertační studii při koeficientu permeance 1,1 zůstala extrapolovaná 30letá ztráta pod 1 % jen pod kritickou teplotou, která rostla s koercitivitou, asi od 80 do 220 °C u čtyř testovaných materiálů. Nad ní ztráty s teplotou rostly: jeden materiál při 100 °C ztratil po jedné hodině asi 5 % a za 30 let téměř 10 % [4].

Magnet, který běží na dané teplotě 24 hodin denně, proto potřebuje větší rezervu než magnet, který tuto teplotu zažívá jen krátce. Náš Výběr podle teploty se ptá na obě hodnoty: nejvyšší trvalou teplotu a nejvyšší krátkodobou špičku. Pro trvalý provoz odečítá od maximální teploty z technického listu 20 K a přidává plánovací rezervu na tvar a protisměrná pole. Tato dvě pravidla jsou naše vlastní konzervativní plánovací volby, nikoli publikované normy, a nástroj to uvádí.

6. Povrchová úprava a prostředí

Slinutý NdFeB snadno koroduje, a proto se téměř vždy opatřuje povrchovou úpravou. Nejběžnější je nikl-měď-nikl; používá se také epoxid, zinek a další povlaky. Povrchovou úpravu volte podle prostředí, nikoli ze zvyku: suchá vnitřní sestava a díl vystavený vlhkosti, kondenzaci nebo omývání jsou odlišné problémy. Povrchová úprava nemění magnetickou třídu, ale odštípnutý povlak na křehkém magnetu je místem, kde koroze začíná, proto se zeptejte, jak jsou magnety baleny a jak s nimi zacházet.

Zkontrolujte také teplotní limit všeho, co je k magnetu připojeno. Lepidla a plastová pouzdra často selžou dříve než magnet.

7. Přídržná síla v reálném provozu

Přídržná síla v technickém listu se měří přímým odtržením magnetu od silné, rovné, čisté ocelové desky za ideálních podmínek. Ve vaší sestavě bude nižší kvůli vzduchovým mezerám, povlakům, nátěru, drsné, tenké nebo zakřivené oceli, jakosti oceli a teplotě. Síla potřebná k posunutí magnetu do strany (smyk) je obvykle mnohem nižší než přímé odtržení. Navrhujte s bezpečnostním součinitelem a skutečnou sestavu odzkoušejte. Podrobnosti jsou v hesle slovníku o přídržné síle.

8. Co nám poslat při žádosti o nabídku

Čím více z tohoto seznamu pošlete, tím rychlejší a přesnější nabídka bude:

• Tvar a rozměry s tolerancemi (například průměr, tloušťka, délka, šířka, vnitřní průměr).
• Třídu a příponu, případně sílu a teplotu, pokud chcete, abychom jednu navrhli.
• Směr magnetizace (po tloušťce, napříč průměrem, radiální, vícepólová).
• Nejvyšší trvalou teplotu a nejvyšší krátkodobou špičku a zda je přítomno protisměrné pole.
• Povrchovou úpravu a prostředí, ve kterém bude díl pracovat.
• Množství na objednávku a za rok, požadavky na balení a případné výkresy nebo vzorky.

9. Časté chyby

• Volba nejvyššího čísla N při ignorování teploty.
• Používání maximální teploty z technického listu jako trvalé provozní teploty.
• Ignorování tvaru: tenký disk ztrácí rezervu mnohem rychleji než vysoký válec.
• Zapomenutí protisměrného pole v motorech, generátorech a magnetických spojkách.
• Očekávání přídržné síly z technického listu ve skutečné sestavě se mezerou, nátěrem nebo tenkou ocelí.
• Vynechání zkoušky vzorku za reálných podmínek.

Literatura

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.

Důležité upozornění: Tento průvodce obsahuje obecné technické informace. Hodnoty jsou typické údaje převzaté z citovaných zdrojů a zjednodušené pro čitelnost; liší se podle výrobce a nejsou specifikací, nabídkou ani zárukou výkonu. Rami Technics nezavazují. Každé konstrukční rozhodnutí ověřte podle technického listu a demagnetizačních křivek přesné třídy a tvaru a vzorek odzkoušejte za reálných provozních podmínek.