Jak wybrać magnes neodymowy

1. Zacznij od zadania

Zanim zaczniesz porównywać gatunki, zapisz, co magnes ma robić: utrzymywać element, podnosić ładunek, wyzwalać czujnik, napędzać silnik albo sprzęgać dwa wały. Następnie określ cztery rzeczy: miejsce, jakie masz na magnes, potrzebną siłę lub pole, zakres temperatur, w jakim będzie pracował, oraz środowisko (suche powietrze w pomieszczeniu, wilgoć, woda, olej, chemikalia). Te cztery odpowiedzi rozstrzygają prawie o wszystkim innym, a dwie ostatnie są najczęściej pomijane.

2. Co mówi numer gatunku

W nazwie takiej jak N42 liczba odpowiada w przybliżeniu maksymalnemu iloczynowi energii w MGOe, więc N42 to około 42 MGOe, czyli 334 kJ/m³. Wyższa liczba oznacza silniejszy magnes przy tych samych wymiarach, ale nie oznacza magnesu lepszego do każdego zadania. W tabelach producentów gatunki o bardzo wysokiej energii mają niższe dopuszczalne temperatury: na przykład jeden z producentów podaje dla N35–N48 80 °C, ale dla N50 i N52 70 °C [1]. Inne źródło zauważa, że zwłaszcza w cienkich magnesach N52 może mieć niższą maksymalną temperaturę pracy niż N42 [2].

3. Co mówią litery przyrostka

Litery po numerze opisują koercję wewnętrzną, czyli to, jak silnie materiał opiera się rozmagnesowaniu. Kolejno są to: brak (standard), M, H, SH, UH, EH i AH. Referencyjne maksymalne temperatury pracy podane przez producenta [1]:

W tabeli widać dwie rzeczy. Po pierwsze, wyższa odporność temperaturowa wiąże się z niższą maksymalną siłą: w gamie tego producenta gatunki EH i AH są oferowane tylko przy niższych iloczynach energii. Po drugie, te temperatury są wartościami referencyjnymi, a nie gwarancją dla Twojego magnesu; sam producent zaznacza, że maksymalna temperatura pracy zależy od obwodu, w którym magnes pracuje [1]. Dwa kolejne rozdziały wyjaśniają dlaczego.

4. Dlaczego kształt zmienia limit temperatury

Punkt pracy magnesu na jego krzywej odmagnesowania zależy od kształtu i od otoczenia. Opisuje to współczynnik permeancji (Pc): wysokie, wąskie magnesy lub magnesy w zamkniętym obwodzie stalowym mają wysokie Pc, natomiast cienkie, szerokie magnesy na otwartym powietrzu mają niskie. Niskie Pc leży niżej na krzywej i osiąga kolano krzywej odmagnesowania, od którego zaczyna się trwała utrata, przy niższej temperaturze [2].

K&J Magnetics podaje wyraźny przykład: walec N42 o średnicy 1/2 cala i grubości 1/8 cala (Pc 0,61) osiąga kolano przy 80 °C, więc 80 °C jest jego maksymalną temperaturą pracy, a przy 100 °C jego siła spada do około 60% wartości początkowej. Walec N42 o Pc równym 3,46 nie wykazywał strat temperaturowych aż do przekroczenia 140 °C [2]. Inny autor zauważa, że powszechnie podawane 120 °C dla N42H zakłada stosunek długości do średnicy powyżej ok. 0,7; przy niższym punkcie pracy użyteczna granica może wynosić ok. 75 °C [3].

Wniosek jest prosty: ten sam gatunek może być bezpieczny jako wysoki walec, a niebezpieczny jako cienki krążek przy tej samej temperaturze. Jeśli Twój magnes jest cienki i pracuje na otwartym powietrzu, przejdź przynajmniej o jeden przyrostek wyżej.

5. Temperatura ciągła czy szczytowa

Maksymalne temperatury z kart katalogowych nie mówią, jak długo magnes może w nich pozostawać. W spiekanym NdFeB strumień magnetyczny spada też powoli przy stałej podwyższonej temperaturze, mniej więcej proporcjonalnie do logarytmu czasu. W pracy doktorskiej przy współczynniku permeancji 1,1 ekstrapolowana 30-letnia utrata pozostawała poniżej 1% tylko poniżej temperatury krytycznej, która rosła wraz z koercją i wynosiła ok. 80 do 220 °C dla czterech badanych materiałów. Powyżej niej straty rosły wraz z temperaturą: jeden materiał w 100 °C stracił ok. 5% po godzinie i prawie 10% w ciągu 30 lat [4].

Magnes pracujący w danej temperaturze przez 24 godziny na dobę wymaga więc większego zapasu niż taki, który tej temperatury doświadcza tylko krótko. Nasz Dobór wg temperatury pyta o obie wartości: najwyższą temperaturę ciągłą i najwyższy krótkotrwały szczyt. Dla pracy ciągłej odejmuje 20 K od maksimum z karty katalogowej i dodaje zapas planistyczny na kształt i pola przeciwne. Te dwie zasady to nasze własne, zachowawcze założenia planistyczne, a nie opublikowane normy, i narzędzie to zaznacza.

6. Powłoka i środowisko

Spiekany NdFeB łatwo koroduje, dlatego prawie zawsze jest powlekany. Najczęstszym wykończeniem jest nikiel-miedź-nikiel; stosuje się także powłoki epoksydowe, cynkowe i inne. Powłokę dobieraj do środowiska, a nie z przyzwyczajenia: suchy montaż w pomieszczeniu i element narażony na wilgoć, kondensację lub mycie to zupełnie inne problemy. Powłoka nie zmienia gatunku magnetycznego, ale odprysk powłoki na kruchym magnesie jest miejscem, od którego zaczyna się korozja, więc zapytaj, jak magnesy są pakowane i jak należy się z nimi obchodzić.

Sprawdź też limit temperatury wszystkiego, co jest połączone z magnesem. Kleje i plastikowe obudowy często zawodzą wcześniej niż sam magnes.

7. Siła odrywania w praktyce

Siłę odrywania z karty katalogowej mierzy się, odrywając magnes prosto od grubej, płaskiej, czystej stalowej płyty w idealnych warunkach. W Twoim zespole będzie ona niższa z powodu szczelin powietrznych, powłok, farby, szorstkiej, cienkiej lub zakrzywionej stali, gatunku stali i temperatury. Siła potrzebna do przesunięcia magnesu w bok (ścinanie) jest zwykle znacznie niższa niż siła bezpośredniego odrywania. Projektuj ze współczynnikiem bezpieczeństwa i przetestuj rzeczywisty zespół. Szczegóły znajdziesz w haśle słownika o sile odrywania.

8. Co przesłać nam, prosząc o wycenę

Im więcej pozycji z tej listy prześlesz, tym szybsza i dokładniejsza będzie wycena:

• Kształt i wymiary z tolerancjami (na przykład średnica, grubość, długość, szerokość, średnica wewnętrzna).
• Gatunek i przyrostek albo siła i temperatura, jeśli chcesz, abyśmy zaproponowali gatunek.
• Kierunek magnesowania (przez grubość, w poprzek średnicy, promieniowy, wielobiegunowy).
• Najwyższa temperatura ciągła i najwyższy krótkotrwały szczyt oraz informacja, czy występuje pole przeciwne.
• Powłoka i środowisko, w jakim element będzie pracował.
• Ilość na zamówienie i rocznie, wymagania dotyczące opakowania oraz ewentualne rysunki lub próbki.

9. Częste błędy

• Wybór najwyższego numeru N z pominięciem temperatury.
• Traktowanie maksymalnej temperatury z karty katalogowej jako temperatury pracy ciągłej.
• Pomijanie kształtu: cienki krążek traci zapas znacznie szybciej niż wysoki walec.
• Zapominanie o polu przeciwnym w silnikach, generatorach i sprzęgłach magnetycznych.
• Oczekiwanie siły odrywania z karty katalogowej w rzeczywistym zespole ze szczeliną, farbą lub cienką stalą.
• Pominięcie testu próbki w rzeczywistych warunkach.

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.

Ważna informacja: Niniejszy poradnik to ogólne informacje techniczne. Wartości są typowymi liczbami zaczerpniętymi z cytowanych źródeł i uproszczonymi dla czytelności; różnią się między producentami i nie stanowią specyfikacji, oferty ani gwarancji parametrów. Nie wiążą Rami Technics. Każdą decyzję projektową potwierdź na podstawie karty katalogowej i krzywych odmagnesowania dokładnie tego gatunku i kształtu oraz przetestuj próbkę w rzeczywistych warunkach pracy.