NdFeb-Dauermagnet
Bei dauermagnetischen Werkstoffen wie NdFeB verwenden wir hauptsächlich die Fähigkeit, Magnetismus zu erzeugen und zu erhalten, was die grundlegendste funktionelle Anforderung an magnetische Werkstoffe darstellt. Wie kann man also die Fähigkeit von Magneten, Magnetismus zu erzeugen und zu erhalten, messen? In der Regel verwenden wir vier Indikatoren: Remanenz Br, Koerzitivfeldstärke Hcb, Eigenkoerzitivfeldstärke Hcj und maximales magnetisches Energieprodukt BH (max).
Um die oben genannten Indikatoren wirklich zu verstehen, müssen wir zunächst die Entmagnetisierungskurve verstehen. Da dauermagnetische Werkstoffe zunächst magnetisiert werden müssen, müssen die magnetisierten Dauermagnete während des Gebrauchs verschiedenen Faktoren standhalten, die sich ungünstig auf den Magnetismus auswirken. Die Entmagnetisierungskurve kann die Gesamtleistung des Magneten effektiv widerspiegeln.
Die obige Abbildung zeigt eine typische Hystereseschleife eines Permanentmagneten. Der erste Quadrant ist die Magnetisierungskurve, der zweite Quadrant ist die Entmagnetisierungskurve, der dritte Quadrant ist die Umkehrmagnetisierungskurve und der vierte Quadrant ist die Umkehrentmagnetisierungskurve des NdFeB-Dauermagneten. Die horizontale Achse stellt die angelegte Magnetfeldstärke H dar, und die vertikale Achse stellt die magnetische Induktionsstärke B und die magnetische Polarisationsstärke J dar.
Die vier magnetischen Leistungsparameter Remanenz, Koerzitivfeldstärke, intrinsische Koerzitivfeldstärke und maximales magnetisches Energieprodukt werden alle von der Entmagnetisierungskurve des NdFeB-Dauermagneten abgeleitet.
Die rote Linie in der obigen Abbildung ist die J-H-Entmagnetisierungskurve (die Kurve der Änderung der magnetischen Polarisationsintensität J und des äußeren Magnetfelds H), auch intrinsische Entmagnetisierungskurve genannt, und die blaue Linie ist die B-H-Entmagnetisierungskurve (die Kurve der Änderung der magnetischen Induktionsintensität B und des äußeren Magnetfelds H). Wir verwenden kleine Quadrate, um magnetische Domänen darzustellen. Magnetische Domänen können als winzige Magnete verstanden werden.
Ein Magnet besteht aus einer Vielzahl von magnetischen Bereichen. Der Pfeil ist die spontane Magnetisierungsrichtung C-Achse der magnetischen Domäne. Bei Dauermagneten im magnetisch neutralen Zustand NdFeB-Permanentmagnet (einfach verstanden als Magnete, die nicht aufgeladen wurden) befinden sich die meisten magnetischen Bereiche in denselben Koordinaten, aber die Richtungen heben sich gegenseitig auf, so dass nach außen kein Magnetismus sichtbar ist.
Wenn ein Magnetfeld entlang der Magnetisierungsrichtung angelegt wird, bewegen sich die magnetischen Domänen allmählich und drehen sich durch die magnetische Domänenwand, so dass ihre C-Achsenrichtungen übereinstimmen, wie in den Abbildungen 2 und 3 dargestellt. Dies ist die Magnetisierungskurve. Der Wert der magnetischen Polarisationsintensität, der dem Magneten bei Sättigungsmagnetisierung entspricht, wird als magnetische Sättigungspolarisationsintensität Js
Wenn der Magnet gesättigt ist und das äußere Magnetfeld entfernt wird, ist aus der Abbildung ersichtlich, dass die meisten magnetischen Domänen immer noch die gleiche Richtung beibehalten, und ein kleiner Teil dreht sich leicht, aber die Hauptrichtung bleibt unverändert, wie in Abbildung 4 dargestellt. Auf diese Weise behalten sowohl die magnetische Induktionsstärke als auch die magnetische Polarisationsstärke des Magneten hohe Werte bei.
Dieser Wert wird als magnetische Restinduktionsstärke Br oder magnetische Restpolarisationsstärke Jr bezeichnet. Intuitiv versteht man, dass die verbleibende magnetische Induktionsstärke B oder magnetische Polarisationsstärke J des Magneten, wenn das äußere Magnetfeld von dem gesättigten NdFeB-Dauermagneten entfernt wird. Wenn das äußere Magnetfeld H gleich 0 ist, ist Br=Jr. Wir verwenden oft Br, um es zu beschreiben, was wir meistens als Remanenz bezeichnen, in Einheiten von Gs oder T. Je höher Br ist, desto stärker ist die magnetische Induktionsintensität, die beibehalten werden kann, und desto mehr Potenzial hat es, ein starkes magnetisches Material zu werden.
Wenn das angelegte externe Magnetfeld in die entgegengesetzte Richtung ansteigt, verschieben sich die magnetischen Domänen des Magneten allmählich und drehen sich, wie in Abbildung 5 dargestellt. Wenn die magnetische Feldstärke einen bestimmten Wert erreicht, sinkt die magnetische Induktionsstärke B des Magneten auf 0. Einfach ausgedrückt, heben sich die im Inneren des Magneten verbleibende magnetische Feldstärke und die externe umgekehrte magnetische Feldstärke gegenseitig auf.
Der entsprechende Wert der magnetischen Feldstärke zu diesem Zeitpunkt wird als magnetische Koerzitivfeldstärke Hcb (auch als bHc geschrieben) bezeichnet, mit Einheiten von Oe oder kA/m. Die magnetische Koerzitivfeldstärke Hcb ist eng mit der Steigung der J-H-Entmagnetisierungskurve verbunden.
Wenn es unwahrscheinlich ist, dass sich die magnetischen Bereiche des Magneten in kurzer Zeit verschieben oder drehen, wird die J-H-Linie sehr gerade sein, so dass der Wert von Hcb unendlich nahe an Br liegt und die Obergrenze von Hcb Br ist, Hcb=Br NdFeB Permanent Magnet. Dies ist eine ideale Situation, was bedeutet, dass es keine Tendenz zur Umkehrung der magnetischen Domänen gibt, bevor die umgekehrte Magnetfeldstärke den Wert Br erreicht. Auf diese Weise ist der Magnet sehr stabil, d.h. der Magnet hat eine sehr starke Fähigkeit, der Entmagnetisierung im Anfangszustand des umgekehrten Magnetfelds unter Br zu widerstehen.
Wenn das umgekehrte Magnetfeld weiter ansteigt und einen kritischen Wert erreicht, treten schnell umgekehrte magnetische Domänen auf, die dazu führen, dass die magnetische Polarisationsintensität des Magneten schnell auf 0 abfällt. Vereinfacht ausgedrückt fällt die im Magneten verbleibende Magnetfeldintensität auf 0 NdFeB-Dauermagnet, wie in Abbildung 6 dargestellt. Der entsprechende Wert der magnetischen Feldstärke zu diesem Zeitpunkt wird als intrinsische Koerzitivkraft Hcj (auch als jHc geschrieben) bezeichnet, mit Einheiten von Oe oder kA/m.
Die intrinsische Koerzitivkraft ist eine physikalische Größe, die das Ausmaß der Fähigkeit des Magneten widerspiegelt, einer Entmagnetisierung zu widerstehen. Je größer die intrinsische Koerzitivkraft ist, desto stärker ist die Fähigkeit, einer Entmagnetisierung zu widerstehen, oder genauer gesagt, je größer die Fähigkeit des NdFeB-Dauermagneten ist, einer vollständigen Entmagnetisierung zu widerstehen. Besondere Aufmerksamkeit sollte dem Unterschied zwischen Hcj und Hcb gewidmet werden. Wenn Hcj größer als Br ist, ist der Grenzwert von Hcb Br. Wenn Hcj kleiner als Br ist, ist der Grenzwert von Hcb Hcj.
Das Produkt aus B und H, das einem beliebigen Punkt auf der B-H-Entmagnetisierungskurve entspricht, wird als Energieprodukt bezeichnet. Der Höchstwert ist das maximale Energieprodukt (BH)max. Theoretisch ist das maximale Energieprodukt (BH)max=(½ Br)² NdFeB Permanentmagnet. Das maximale Energieprodukt berücksichtigt sowohl die Remanenz als auch die magnetische Koerzitivkraft. Sein Wert gibt die Größe der im Magneten enthaltenen magnetischen Energie an und kann auch die anfängliche Neigung der J-H-Linie widerspiegeln. Die Einheit ist GOe oder j/m³.
Wenn die oben genannten vier Parameter immer noch schwer zu verstehen sind, können Sie einfach denken, dass der Magnet eine Tasse Wasser ist. Magnetisierung ist Erwärmung, Remanenz ist die Wärme des Wassers nach der Erwärmung stoppt, Entmagnetisierung ist wie die Kühlung des Wassers NdFeB Permanentmagnet, Hcb ist, wenn die niedrige Umgebungstemperatur einen bestimmten Wert erreicht, es gleicht die Wärme des Wassers, und die Gesamtwärme wird nicht nach außen reflektiert, und Hcj ist die niedrige Umgebungstemperatur Wert erforderlich, um vollständig zu reduzieren die Wärme des Wassers auf 0. Das folgende ist eine vereinfachte Version des zweiten Quadranten der Hystereseschleife, die Ihnen helfen können, Ihr Verständnis der damit verbundenen Konzepte zu vertiefen.
Bei den oben genannten magnetischen Parametern sollten wir in der Praxis auf folgende Punkte achten:
1. Bei Magneten, die starke Magnetfelder benötigen, müssen wir in der Regel ihre Remanenz so weit wie möglich erhöhen, um mehr Magnetismus freizusetzen, aber es ist zu beachten, dass dies unter der Voraussetzung geschieht, dass keine Entmagnetisierung stattfindet.
Wenn eine Entmagnetisierung vorliegt, kann eine einfache Erhöhung der Remanenz unwirksam sein, und Hcj muss erhöht werden, um die Entmagnetisierung zu verringern. Das einfachste Beispiel ist ein Scheibenmagnet D10*1. Der Oberflächenmagnetismus von 54H ist höher als der von N54 NdFeB Permanentmagneten. Der Grund dafür ist, dass der Hcj von 54H höher ist, wodurch sein Br vollständig genutzt werden kann, während der Hcj von N54 sehr niedrig ist und ihn nicht in einem nicht entmagnetisierten Zustand halten kann. Egal wie hoch das Br ist, sein Magnetismus kann nicht vollständig genutzt werden.
2. Für Magnete, die eine starke Entmagnetisierungsfähigkeit und Stabilität erfordern, müssen wir in der Regel Hcj erhöhen, und der Hcb-Wert muss so nah wie möglich an Br liegen.
3. Für Magnete, die eine gute Temperaturbeständigkeit benötigen, wählen wir in der Regel eine Erhöhung von Hcj, weil der Temperaturkoeffizient der Koerzitivkraft von NdFeB-Dauermagneten mit demselben Hcj nicht sehr unterschiedlich ist. Die direkteste Auswirkung der Erhöhung von Hcj ist, dass der Wendepunkt der B-H-Linie so spät wie möglich oder gar nicht erscheint. Wenn strenge Anforderungen an die Temperaturstabilität gestellt werden, müssen auch die Anforderungen an Hcb berücksichtigt werden, um die Steigung der B-H-Linie zu minimieren und die irreversible Dämpfungsamplitude des Magneten zu verringern.
Das Verständnis der magnetischen Eigenschaften wie Remanenz, Koerzitivfeldstärke, Eigenkoerzitivfeldstärke und maximales magnetisches Energieprodukt ist der Schlüssel zur Bewertung der Leistung von Magneten, insbesondere von NdFeB-Dauermagneten. Diese Eigenschaften können mit Hilfe einer Hystereseschleife veranschaulicht werden, die die magnetische Flussdichte (B) gegen die magnetische Feldstärke (H) aufträgt. Hier finden Sie eine ausführliche Erklärung der einzelnen Begriffe:
1. Remanenz (Br)
Definition: Die Remanenz ist die magnetische Flussdichte, die in einem Material verbleibt, nachdem ein äußeres Magnetfeld entfernt wurde. Sie gibt an, wie viel Magnetisierung in dem Material verbleibt.Lage in der Hystereseschleife: In der Hystereseschleife wird die Remanenz durch den Punkt dargestellt, an dem die Schleife die B-Achse (Y-Achse) schneidet, nachdem das Magnetisierungsfeld (H) auf Null reduziert wurde.
2. Koerzitivfeldstärke (Hc)
Definition: Die Koerzitivfeldstärke ist das Maß für den Widerstand eines ferromagnetischen Materials, entmagnetisiert zu werden NdFeB-Dauermagnet. Sie ist der Betrag des umgekehrten Magnetfeldes, der erforderlich ist, um die Magnetisierung auf Null zu reduzieren, nachdem das Material magnetisiert wurde.
Lage auf der Hystereseschleife: Die Koerzitivfeldstärke wird durch den Punkt auf der H-Achse (X-Achse) des NdFeB-Dauermagneten angezeigt, an dem der B-Wert bei Umkehrung des Magnetfelds den Nullpunkt durchquert. Der Abstand vom Ursprung zu diesem Punkt spiegelt die Stärke der Koerzitivkraft wider.
3. Eigene Koerzitivfeldstärke (Hci)
Definition: Die intrinsische Koerzitivfeldstärke ist ein Maß für die Koerzitivfeldstärke eines Materials, wenn die Auswirkungen von Magnetisierung und Entmagnetisierung minimiert sind. Sie bietet ein grundlegenderes Verständnis des Widerstands des Materials gegen Entmagnetisierung unabhängig von externen Faktoren NdFeB-Dauermagnet.
Lage in der Hystereseschleife: Sie kann oft als ein spezifisches Maß für die Koerzitivfeldstärke unter idealen Bedingungen betrachtet werden, das in der Regel in Forschungszusammenhängen eher als die Standard-Hystereseschleife dargestellt wird.
4. Maximales magnetisches Energieprodukt (BHmax)
Definition: Das maximale magnetische Energieprodukt ist ein Maß für die maximale Menge an magnetischer Energie, die pro Volumeneinheit des Magneten gespeichert werden kann. Es ist eine wichtige Kennzahl für Magnete, die angibt, wie effizient sie elektrische Energie in mechanische Energie umwandeln können.
Lage auf der Hystereseschleife: Dieser Wert wird ermittelt, indem das Produkt aus der magnetischen Flussdichte (B) und der magnetischen Feldstärke (H) am Punkt des höchsten Produkts auf der Kurve der Hystereseschleife bestimmt wird. Er wird in der Regel als BHBH bezeichnet, und der Maximalpunkt wird in Diskussionen über die Leistung von Magneten häufig hervorgehoben.
Hystereseschleife Übersicht
Die Hystereseschleife selbst veranschaulicht die Beziehung zwischen magnetischer Feldstärke und magnetischer Flussdichte in einem Material. Wenn ein Magnetfeld an ein Material angelegt wird, wird es magnetisiert und folgt einer Kurve. Wenn das Feld erhöht wird, steigt B an, bis es die Sättigung erreicht NdFeB Permanent Magnet. Wenn das Feld auf Null reduziert wird, behält das Material eine gewisse Magnetisierung (Remanenz). Die Umkehrung des Feldes führt schließlich zur Entmagnetisierung, und der Prozess bildet eine geschlossene Schleife, die den Energieverlust während der Magnetisierungszyklen anzeigt.
Zusammenfassung
Die Remanenz zeigt an, wie viel Magnetisierung nach dem Entfernen des externen Feldes verbleibt NdFeB-Dauermagnet.
Die Koerzitivfeldstärke gibt an, wie viel Gegenfeld erforderlich ist, um das Material zu entmagnetisieren.
Die Eigenkoerzitivkraft spiegelt die dem Material innewohnende Widerstandsfähigkeit gegen Entmagnetisierung wider.
Das maximale magnetische Energieprodukt quantifiziert die Effizienz eines Magneten in Energieanwendungen.
