Как выбрать неодимовый магнит

1. Начните с задачи

Прежде чем смотреть на марки, запишите, что должен делать магнит: удерживать деталь, поднимать груз, запускать датчик, приводить в движение двигатель или соединять два вала. Затем зафиксируйте четыре параметра: доступный размер, необходимые силу или поле, температурный диапазон, в котором магнит будет работать, и среду (сухой воздух в помещении, влажность, вода, масло, химические вещества). Эти четыре ответа определяют почти всё остальное, причём последние два забывают чаще всего.

2. Что говорит номер марки

В обозначении вроде N42 число приблизительно равно максимальному энергетическому произведению в MGOe, то есть N42 — это около 42 MGOe, или 334 кДж/м³. Чем выше число, тем сильнее магнит при том же размере, но это не значит, что он лучше для любой задачи. В таблицах производителей марки с очень высокой энергией рассчитаны на более низкие температуры: например, один из производителей указывает для N35–N48 температуру 80 °C, а для N50 и N52 — 70 °C [1]. Другой источник отмечает, что, особенно у тонких магнитов, максимальная рабочая температура N52 может быть ниже, чем у N42 [2].

3. Что говорят буквы суффикса

Буквы после числа описывают коэрцитивную силу по намагниченности, то есть то, насколько сильно материал сопротивляется размагничиванию. По порядку это: без суффикса (стандартная), M, H, SH, UH, EH и AH. Справочные максимальные рабочие температуры, которые указывает производитель [1]:

В таблице выделяются два момента. Во-первых, более высокая температурная стойкость достигается ценой меньшей максимальной силы: в ряду этого производителя марки EH и AH предлагаются только с меньшим энергетическим произведением. Во-вторых, эти температуры являются справочными значениями, а не гарантией для вашего магнита; сам производитель отмечает, что максимальная рабочая температура зависит от магнитной цепи, в которой работает магнит [1]. Следующие два раздела объясняют, почему это так.

4. Почему форма меняет температурный предел

Рабочая точка магнита на кривой размагничивания зависит от его формы и от окружения. Это описывается параметром Pc (permeance coefficient; в русскоязычной литературе его также называют рабочей точкой): высокие узкие магниты или магниты в замкнутой стальной магнитной цепи имеют высокий Pc; тонкие широкие магниты на открытом воздухе — низкий. При низком Pc рабочая точка лежит ниже по кривой и достигает колена, с которого начинаются необратимые потери, при более низкой температуре [2].

K&J Magnetics приводит наглядный пример: диск N42 диаметром 1/2 дюйма и толщиной 1/8 дюйма (Pc 0,61) достигает колена при 80 °C, так что 80 °C — его максимальная рабочая температура, а при 100 °C его сила падает примерно до 60 % от исходной. Цилиндр N42 с Pc 3,46 не показал температурных потерь вплоть до температуры выше 140 °C [2]. Другой автор отмечает, что часто приводимое значение 120 °C для N42H предполагает отношение длины к диаметру выше примерно 0,7; при более низкой рабочей точке допустимый предел может составлять около 75 °C [3].

Вывод прост: одна и та же марка может быть безопасной в виде высокого цилиндра и небезопасной в виде тонкого диска при той же температуре. Если ваш магнит тонкий и находится на открытом воздухе, перейдите минимум на один суффикс выше.

5. Непрерывная или пиковая температура

Максимальные температуры в технических описаниях не говорят, как долго магнит может находиться при этой температуре. У спечённого Nd-Fe-B магнитный поток продолжает медленно снижаться и при постоянной повышенной температуре — примерно пропорционально логарифму времени. В докторском исследовании при Pc = 1,1 экстраполированные потери за 30 лет оставались ниже 1 % только при температуре ниже критической, которая росла с коэрцитивной силой и составляла около 80–220 °C для четырёх испытанных материалов. Выше неё потери росли с температурой: один материал при 100 °C потерял около 5 % за один час и почти 10 % за 30 лет [4].

Поэтому магнит, работающий при некоторой температуре круглосуточно, требует большего запаса, чем магнит, который лишь кратковременно её испытывает. Наш Подбор по температуре запрашивает оба значения: наибольшую непрерывную температуру и наибольший кратковременный пик. Для непрерывного режима он вычитает 20 К из максимума по техническому описанию и добавляет плановый запас на форму и встречные поля. Эти два правила — наш собственный консервативный подход к планированию, а не опубликованные стандарты, и инструмент прямо об этом сообщает.

6. Покрытие и среда эксплуатации

Спечённый Nd-Fe-B легко корродирует, поэтому его почти всегда покрывают. Наиболее распространено никель-медь-никелевое покрытие; применяются также эпоксидное, цинковое и другие покрытия. Выбирайте покрытие исходя из среды, а не по привычке: сухая сборка в помещении и деталь, которая подвергается влажности, конденсату или мойке, — это разные задачи. Покрытие не меняет магнитную марку, но именно со сколов покрытия на хрупком магните начинается коррозия, поэтому уточните, как магниты упаковываются и как с ними следует обращаться.

Проверьте также температурный предел всего, что крепится к магниту. Клеи и пластиковые корпуса часто выходят из строя раньше самого магнита.

7. Усилие отрыва в реальных условиях

Усилие отрыва в техническом описании измеряется при отрыве магнита по нормали от толстой, плоской, чистой стальной пластины в идеальных условиях. В вашей конструкции она будет ниже из-за воздушных зазоров, покрытий, краски, шероховатой, тонкой или изогнутой стали, марки стали и температуры. Усилие, необходимое для сдвига магнита вбок (сдвиг), обычно значительно меньше усилия прямого отрыва. Проектируйте с запасом прочности и испытывайте реальную сборку. Подробности — в статье глоссария об усилии отрыва.

8. Что прислать нам при запросе предложения

Чем больше пунктов из этого списка вы пришлёте, тем быстрее и точнее будет предложение:

• Форма и размеры с допусками (например, диаметр, толщина, длина, ширина, внутренний диаметр).
• Марка и суффикс либо сила и температура, если вы хотите, чтобы мы предложили марку.
• Направление намагничивания (по толщине, по диаметру, радиальное, многополюсное).
• Наибольшая непрерывная температура и наибольший кратковременный пик, а также наличие встречного поля.
• Покрытие и среда, в которой будет работать деталь.
• Количество в заказе и в год, требования к упаковке, а также любые чертежи или образцы.

9. Типичные ошибки

• Выбор наибольшего номера N без учёта температуры.
• Использование максимальной температуры из технического описания как непрерывной рабочей температуры.
• Игнорирование формы: тонкий диск теряет запас значительно быстрее, чем высокий цилиндр.
• Забытое встречное поле в двигателях, генераторах и магнитных муфтах.
• Ожидание паспортного усилия отрыва в реальной сборке с зазором, краской или тонкой сталью.
• Отказ от испытания образца в реальных условиях.

Источники

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.

Важное уведомление: настоящее руководство содержит общую техническую информацию. Значения — типичные величины из цитируемых источников, упрощённые для удобства чтения; они различаются у разных производителей и не являются спецификацией, офертой или гарантией характеристик. Они не накладывают обязательств на Rami Technics. Подтверждайте каждое проектное решение по техническому описанию и кривым размагничивания конкретной марки и формы и испытывайте образец в реальных условиях эксплуатации.