Dobór magnesu wg temperatury

Jak narzędzie podejmuje decyzję

Dla każdego materiału narzędzie porównuje Państwa najwyższą temperaturę ciągłą z limitem ciągłym oraz, jeśli została podana, szczyt krótkotrwały z maksimum wg karty katalogowej. Materiał jest oznaczany jako Odpowiedni, gdy zapas w obu sprawdzeniach wynosi co najmniej margines projektowy, jako Do sprawdzenia, gdy limit leży powyżej Państwa temperatury, lecz z mniejszym zapasem niż zalecany, oraz jako Nieodpowiedni, gdy limit jest niższy od Państwa temperatury. Ten sam test stosuje się po stronie niskich temperatur, wykorzystując zachowanie każdego materiału w niskiej temperaturze.

Margines projektowy jest naszą własną regułą inżynierską, a nie normą: 10 K dla magnesu w korzystnych warunkach (gruby lub w zamkniętym obwodzie stalowym), 20 K dla typowego magnesu swobodnego, 40 K dla cienkiego, płaskiego magnesu w otwartym powietrzu oraz dodatkowe 20 K przy obecności przeciwnego pola. Magnes o niskim współczynniku permeancji pracuje niżej na krzywej odmagnesowania, więc w tej samej temperaturze traci więcej. Producenci zaznaczają również, że maksymalna temperatura pracy zależy od obwodu, w którym magnes pracuje [1].

Maksimum wg karty a praca ciągła

Producenci podają jedną maksymalną temperaturę pracy dla przyrostka gatunku. Jest to ogólna wskazówka, a nie dokładna granica: zależy od kształtu magnesu i jego obwodu magnetycznego, a sama wartość nie mówi, jak długo magnes może przebywać w tej temperaturze [9], [10]. Na przykład dla magnesu N42H zwykle podaje się 120 °C, ale zakłada to stosunek długości do średnicy powyżej około 0,7; przy niższym punkcie pracy użyteczna granica może spaść do około 75 °C [10].

Spiekany NdFeB wykazuje także straty zależne od czasu: przy stałej podwyższonej temperaturze strumień nadal powoli maleje, w przybliżeniu z logarytmem czasu. W pracy doktorskiej obejmującej cztery materiały ze spiekanego NdFeB przy współczynniku permeancji 1,1 ekstrapolowana strata 30-letnia pozostawała poniżej 1 % tylko poniżej temperatury krytycznej wynoszącej około 80, 130, 160 i 220 °C dla materiałów o rosnącej koercji (1240, 1540, 1900 i powyżej 3000 kA/m). Powyżej niej straty rosły wraz z temperaturą: jeden z materiałów w 100 °C stracił około 5 % po godzinie i prawie 10 % w ciągu 30 lat [8]. Dopasowanie tych wartości koercji do typowych wartości przyrostków metodą interpolacji (nasze własne, wyłącznie orientacyjne) daje temperatury krytyczne o około 10–40 K niższe od wartości znamionowej przyrostka.

Z tego powodu narzędzie prosi o podanie dwóch temperatur. Najwyższy szczyt krótkotrwały porównuje się z maksimum wg karty katalogowej. Najwyższą temperaturę ciągłą (całodobową) porównuje się z maksimum wg karty pomniejszonym o 20 K, a do tego dolicza się ten sam margines projektowy. Redukcja o 20 K jest naszą ostrożnościową regułą planistyczną, a nie opublikowaną normą. Dla uproszczenia stosuje się ją do każdego materiału, choć dane długoterminowe dla materiałów innych niż NdFeB są mniej udokumentowane. W przypadku pracy ciągłej blisko granicy należy wybrać przyrostek o wyższej koercji i poprosić producenta o krzywe odmagnesowania oraz dane długoterminowe dla Państwa temperatury. Przykład: dla typowego magnesu swobodnego pracującego ciągle w 120 °C maksimum wg karty powinno wynosić co najmniej 160 °C (120 + 20 + 20), więc SH (150) otrzymuje ocenę Do sprawdzenia, a UH (180) ocenę Odpowiedni.

Wykorzystane dane

α(Br) to odwracalny współczynnik temperaturowy remanencji. Wartości są typowe i różnią się między gatunkami i dostawcami. Wartości znamionowe to dane producentów, podane orientacyjnie, i mogą różnić się zależnie od dostawcy: na przykład jeden z dostawców ferrytu podaje 225 °C dla wszystkich swoich gatunków [5], a najwyższy przyrostek NdFeB (AH) oferują tylko niektórzy producenci.

Dlaczego ważne są także niskie temperatury

Spiekany NdFeB ulega reorientacji spinowej w temperaturze około −138 °C (135 K); poniżej niej strumień może spaść nawet o około 14 %, odwracalnie po ogrzaniu [7]. Ferryt zachowuje się odwrotnie niż inne magnesy: jego koercja maleje wraz ze spadkiem temperatury, więc w temperaturze około −60 °C traci około jednej trzeciej wartości z temperatury pokojowej i notuje się niewielką nieodwracalną utratę strumienia [7]. Elastyczne paski i taśmy testuje się do −40 °C [6].

Punkty wyjścia dla pracy ciągłej z typowym magnesem swobodnym i marginesem projektowym 20 K: 60 °C wskazuje M, 85 °C SH, 120 °C UH, a 150 °C EH; około 250 °C ciągłej pracy wskazuje Sm₂Co₁₇, a elementy przy piecu w 400 °C AlNiCo. Są to punkty wyjścia, a nie zamiennik karty katalogowej.

Literatura

1. [1]  Eclipse Magnetics Ltd. (n.d.). Sintered Neodymium Iron Boron (NdFeB) Magnets [Technical data sheet]. Sheffield, England. https://www.eclipsemagnetics.com/site/assets/files/2399/neodymium_grades_data.pdf
2. [2]  Arnold Magnetic Technologies. (2015). Temperature effects on magnetic output (TECHNotes TN 0303, rev. 2015a). https://www.arnoldmagnetics.com/wp-content/uploads/2017/10/TN_0303_rev_150715.pdf
3. [3]  Eclipse Magnetics Ltd. (n.d.). Technical data sheet: Samarium cobalt magnets, SmCo magnets. https://www.eclipsemagnetics.com/site/assets/files/19544/eclipsemagnetics_smco_datasheet.pdf
4. [4]  Eclipse Magnetics Ltd. (n.d.). Alnico magnets: Data sheet. https://www.eclipsemagnetics.com/site/assets/files/22210/eclipsemagnetics_alnico_data_sheet.pdf
5. [5]  Goudsmit Magnetics. (2025). Goudsmit ferrite grade system [Grades available at Goudsmit, 22 August 2025]. https://www.goudsmitmagnetics.com/uploads/pdf/ferrite_grades_available_at_goudsmit_20250822_4120.pdf
6. [6]  Arnold Magnetic Technologies. (2025). Plastiform datasheet (US). https://www.arnoldmagnetics.com/wp-content/uploads/2025/05/Plastiform-Datasheet-US-2025.pdf
7. [7]  Trout, S. R., & Constantinides, S. (2015). Using permanent magnets at low temperature (TECHNotes TN 0302, rev. 2015a; original work 2003). Arnold Magnetic Technologies. https://www.arnoldmagnetics.com/wp-content/uploads/2017/10/TN_0302_rev_150715.pdf
8. [8]  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
9. [9]  K&J Magnetics, Inc. (n.d.). Temperature and neodymium magnets. https://www.kjmagnetics.com/blog/temperature-and-neodymium-magnets
10. [10]  Liu, J. (2016). Some design considerations using permanent magnets. Magnetics Magazine. https://magneticsmag.com/some-design-considerations-using-permanent-magnets/