Magnetisches Moment und magnetischer Fluss, magnetisches Moment und Remanenz

Große Ferrit-Ring-Magnete

Große Ferrit-Ringmagnete werden ebenfalls häufig in verschiedenen Anwendungen eingesetzt, obwohl sie nicht so stark sind wie Neodym-Magnete. Ferritmagnete, die auch als Keramikmagnete bezeichnet werden, bestehen aus einer Kombination von Eisenoxid und anderen metallischen Elementen.

Hier sind einige Anwendungen, bei denen große Ferritringmagnete verwendet werden:

Lautsprecher: Große Ferritringmagnete sind häufig in Lautsprechern zu finden, wo sie ein Magnetfeld erzeugen, das in Wechselwirkung mit der Schwingspule den Ton erzeugt.
Elektromotoren und Generatoren: Sie werden in Elektromotoren und Generatoren für verschiedene Industrie- und Haushaltsanwendungen eingesetzt, z. B. für Ventilatoren, Pumpen und Geräte.
Magnetische Kupplungen: Ferritringmagnete können in Magnetkupplungen zur berührungslosen Übertragung von Drehmomenten zwischen zwei rotierenden Wellen eingesetzt werden, wie sie häufig in Pumpen und Mischern verwendet werden.

Magnetische Abscheider: Große Ferritringmagnete können auch in Magnetabscheidern verwendet werden, um eisenhaltige Verunreinigungen aus Materialien wie Lebensmitteln, Chemikalien und Mineralien zu entfernen.
MRT-Geräte (für Niederfeld-MRT): Obwohl sie nicht so häufig wie Neodym-Magnete in Hochfeld-MRT-Geräten verwendet werden, werden Ferritmagnete in einigen Niederfeld-MRT-Geräten für die medizinische Bildgebung eingesetzt.

Wasseraufbereitungssysteme: Sie werden in Wasseraufbereitungsanlagen eingesetzt, um Eisen und andere Verunreinigungen aus dem Wasser zu entfernen.
Große Ferritringmagnete sind im Allgemeinen preiswerter als Neodym-Magnete und haben eine gute Entmagnetisierungsbeständigkeit, sind aber auch deutlich weniger stark. Sie eignen sich jedoch für viele Anwendungen, bei denen keine hohe magnetische Stärke erforderlich ist.

Magnetisches Moment und magnetischer Fluss: können durch die Spulenkonstante umgerechnet werden

Das magnetische Moment ist ein wichtiger Parameter, der die magnetische Stärke von ferromagnetischen Materialien, insbesondere von Dauermagneten, beschreibt. Das magnetische Moment bei offenem Stromkreis ist einer der Indikatoren für die Werksqualifikation von fertigen großen Ferritringmagneten. Die inländische Dauermagnetindustrie verwendet die Auszugsmethode zur Messung des magnetischen Moments. Eine weitere wichtige Anwendung dieser Methode zur Messung des magnetischen Moments ist die Prüfung der Gleichförmigkeit von großen Dauermagneten.

Diese Prüfung ist grundsätzlich für große Ferrit-Dauermagnete erforderlich, die in der Windenergie und in Elektrofahrzeugen eingesetzt werden. Unser Land hat die Norm GB3217-2013 für die Messung des geschlossenen magnetischen Kreises von Dauermagnetmaterialien formuliert, aber es gibt keine relevante Methodennorm für die Messung des offenen magnetischen Moments, die für die oben genannten Anforderungen gilt.

Die derzeitige internationale Norm ist IEC60404-14 (Zieh- oder Rotationsverfahren zur Prüfung des magnetischen Dipolmoments ferromagnetischer Materialien), und mein Land ist bereits dabei, ähnliche Normen zu formulieren.

Durch Messung der Leerlaufprobe in einer Helmholtz-Spule mit einer streng kalibrierten Spulenkonstante k kann der Wert des magnetischen Flusses ermittelt und das magnetische Moment M des Materials aus dem Wert des magnetischen Flusses berechnet werden.

Die Berechnungsformel für die Messung des magnetischen Moments eines Magneten mit einem Fluxmeter und einer Helmholtz-Spule lautet wie folgt:
M = k * Ф, wobei
M steht für das magnetische Moment des Magneten, die Einheit ist Wb-cm-1
k ist die Spulenkonstante, Einheit: cm-1 (eine Änderung der Spulenkonstante um eine Einheit bewirkt eine Änderung der Einheit des magnetischen Moments)
Ф ist der Wert des magnetischen Flusses, Einheit: Wb

Wir müssen daran erinnern, dass es in der Produktion und im Handel sehr üblich ist, das magnetische Moment von Fertigprodukten oder Dauermagneten mit besonderen Formen zu messen, indem man die Spule im offenen Stromkreis zieht. Im Allgemeinen bauen die Unternehmen jedoch ihre eigenen Messgeräte und erhalten die Spulen. Die Reproduzierbarkeit der Messungen wird durch verschiedene Faktoren wie Kalibrierung und Betriebstechniken beeinflusst und ist schlecht.

Die Kalibrierung der Prüfspule erfordert das Durchleiten eines konstanten Stroms in einer Null-Magnetfeld-Umgebung, um die Größe des Magnetfelds zu testen und dann die Konstanten der Prüfspule zu erhalten. Allerdings gibt es weltweit nur eine Handvoll Labors mit wirklichem Null-Magnetfeld, so dass die Kalibrierung von Prüfspulen in der Industrie schwer zu fördern ist. Die fehlende Kalibrierung von Prüfspulen wirkt sich direkt auf die Genauigkeit und Zuverlässigkeit der Prüfung aus, was wiederum zu Handelsstreitigkeiten führen kann.

Magnetisches Moment und Remanenz: stehen in einer funktionalen Beziehung und sind eng mit der Größe der großen Ferritringmagnete verbunden.

Wenn der magnetische Fluss oder das magnetische Moment der großen Ferritringmagnete bekannt ist, können die Werte Br, HcB und (BH)max des Magneten durch Berechnung des Permeabilitätskoeffizienten Pc des Dauermagnetmaterials ermittelt werden, wenn die Form und Größe des Magneten bekannt sind; und umgekehrt. Bei Kenntnis der Form, der Abmessungen und der Remanenz lässt sich das magnetische Moment des Magneten berechnen.

Magnetischer Permeabilitätskoeffizient Pc

Die großen Ferritring-Dauermagnete arbeiten im offenen Kreislauf. Da der Magnet im Zustand des offenen Kreises unter der Wirkung des Entmagnetisierungsfeldes steht, liegt die magnetische Induktionsstärke des Dauermagneten im Arbeitszustand nicht am Br-Punkt im Zustand des geschlossenen Kreises, sondern an einer Entmagnetisierungskurve, die niedriger als Br ist. Ein bestimmter Punkt auf dem Magneten wird als Arbeitspunkt des Dauermagneten bezeichnet, wie z. B. der Punkt D in der obigen Abbildung.

Der Arbeitspunkt bezieht sich auf die Form der Entmagnetisierungskurve und die Größe des Entmagnetisierungsfeldes des Magneten unter Arbeitsbedingungen. Die gerade Linie, die den Arbeitspunkt D und den Ursprung O verbindet, wird als Belastungslinie bezeichnet. Ihre Steigung steht im Zusammenhang mit dem Entmagnetisierungsfaktor des Magneten. Die Steigung der Belastungslinie wird auch als magnetische Permeabilität bezeichnet, die durch Pc (Permeanzkoeffizient) dargestellt wird.

Pc=BD/ HD=μ0(1-1/N) oder Pc=1-4π/N
Der Entmagnetisierungsfaktor steht in engem Zusammenhang mit der geometrischen Form der großen Ferritringmagnete, so dass die Größe des Pc-Wertes eng mit der Form und Größe des Magneten zusammenhängt. Je schlanker die Magnetisierungsrichtung ist, desto kleiner ist der Entmagnetisierungsfaktor. Je flacher die Magnetisierung ist, desto größer ist der Entmagnetisierungsfaktor. 0<N<1 oder 0<N<4π.

Wie lassen sich angesichts der Größe und Remanenz von gesinterten großen Ferritringmagneten das magnetische Moment und der magnetische Fluss berechnen?
1 - Berechnen Sie das Volumen und den Pc-Wert des Magneten auf der Grundlage seiner Form und Größe
2- Berechnung von Bdi auf der Grundlage der Beziehung zwischen Br und Bdi

Anmerkung: Bdi bezieht sich auf die intrinsische Flussdichte und die Rückgewinnungspermeabilität μrec=Br/HcB (bei gesintertem NdFeB wird üblicherweise 1,05 als Schätzwert verwendet)
3- Berechnen Sie das magnetische Moment des Magneten nach Bdi=Magnetisches Moment/Volumen rückwärts

4. Gemäß dem magnetischen Moment M = k * Ф kann der magnetische Fluss Ф simuliert und berechnet werden, wenn die Spulenkonstante k bestimmt ist.

Bitte beachten:

Das nach der obigen Methode berechnete magnetische Moment ist ein geschätzter theoretischer Wert, der sich oft vom tatsächlich gemessenen Wert unterscheidet. Dies wird durch die Kristallstruktur des Magneten selbst sowie durch den Einfluss der äußeren Umgebung und der Prüfspule großer Ferritringmagnete beeinflusst.

Sie können im Internet nach einigen Rechnern für das magnetische Moment oder nach Berechnungsmodellen suchen. In den meisten dieser Rechner ist die magnetische Permeabilität μrec auf 1,05 eingestellt, die nicht mit der Remanenz und Koerzitivkraft des Magneten selbst berechnet wird. Daher ist es berechnet Das magnetische Moment kann nur als Referenz verwendet werden.

Die Konzepte des magnetischen Moments und des magnetischen Flusses sind grundlegend für das Verständnis des Verhaltens von Magneten, einschließlich Ferriten und großen Ferritringmagneten.

Magnetisches Moment:

Das magnetische Moment (μ) ist das Maß für die Stärke und Ausrichtung des Magnetfelds eines Magneten. Es ist eine Vektorgröße, die sowohl die Stärke als auch die Richtung der Pole des Magneten angibt.
Bei einem Stabmagneten zeigt das magnetische Moment vom Südpol des Magneten zu seinem Nordpol.
Was die physikalischen Eigenschaften betrifft, so hängt das magnetische Moment mit dem Produkt aus der Polstärke des Magneten und dem Abstand zwischen den Polen zusammen.
Flux:

Der Fluss (Φ) bezieht sich auf das gesamte Magnetfeld, das eine Fläche durchdringt. Er ist eine skalare Größe und steht für die gesamten Magnetfeldlinien, die eine bestimmte Fläche durchdringen.
Der magnetische Fluss wird in Weber (Wb) gemessen.
Nun zum Verhältnis zwischen magnetischem Moment und Remanenz bei großen Ferritringmagneten:

Magnetisches Moment und Remanenz:

Die Remanenz ist eine Eigenschaft eines Magneten, die die im Material verbleibende magnetische Restinduktion darstellt, wenn das Magnetisierungsfeld entfernt wird.
Magnetisches Moment und Remanenz sind zwar miteinander verbunden, aber nicht direkt proportional. Die Remanenz steht in engerem Zusammenhang mit der Fähigkeit des Magneten, seine Magnetisierung beizubehalten, wenn das äußere Magnetfeld entfernt wird.
Wenn ein Magnet in einer bestimmten Richtung magnetisiert wird, hat er ein bestimmtes magnetisches Moment. Die Remanenz gibt an, wie viel von diesem magnetischen Moment übrig bleibt, nachdem die Magnetisierungskraft aufgehoben wurde.

Im Zusammenhang mit Neodym- und Ferritmagneten:

Neodym-Magnete haben in der Regel eine höhere Remanenz als Ferrit-Magnete, d. h. sie behalten mehr von ihrer Magnetisierung, nachdem sie magnetisiert wurden.
Neodym-Magnete haben im Allgemeinen ein höheres magnetisches Moment als Ferrit-Magnete, da sie ein stärkeres Magnetfeld haben als große Ferrit-Ringmagnete.
Während also das magnetische Moment die Stärke des Magnetfelds des Magneten angibt, zeigt die Remanenz an, wie viel von diesem magnetischen Moment erhalten bleibt, wenn das äußere Magnetfeld entfernt wird.

1. Statische Entmagnetisierung
Fügen Sie ein Magnetfeld hinzu, das der ursprünglichen Magnetisierungsrichtung des Magneten entgegengesetzt ist. Die Stärke dieses umgekehrten Magnetfeldes sollte sicherstellen, dass die magnetische Induktionsstärke des Magnetkörpers null wird, wenn es entfernt wird. Der daraus resultierende magnetisch neutrale Zustand wird als statischer magnetisch neutraler Zustand bezeichnet.

In der Hysteresekurve stellt das rote Liniensegment im zweiten Quadranten die Entmagnetisierungskurve dar, d. h. wenn ein Magnet mit einem Magnetfeld entgegen der Magnetisierungsrichtung großer Ferritringmagnete beaufschlagt wird, nimmt seine magnetische Induktionsstärke mit zunehmender Stärke des Gegenmagnetisierungsfeldes ab. Wenn die Magnetisierungsfeldstärke -Hc erreicht, sinkt die magnetische Induktionsstärke des Magneten auf 0, und der Magnet ist nicht mehr magnetisch.

Die Hystereseschleife wird bei Raumtemperatur gemessen. Wenn der Magnet bei verschiedenen Betriebstemperaturen entmagnetisiert, sind die Entmagnetisierungskurven unterschiedlich, wie in der Abbildung unten gezeigt. Daher ist die umgekehrte Magnetfeldstärke, die für die Entmagnetisierung unter verschiedenen Temperaturbedingungen angewendet wird, unterschiedlich.

(Bilder stammen aus dem Internet)

2. Dynamische Entmagnetisierung

Legen Sie ein ausreichend starkes magnetisches Wechselfeld an den Magnetkörper an und reduzieren Sie dann die Amplitude des magnetischen Wechselfeldes allmählich auf 0. Der daraus resultierende magnetisch neutrale Zustand wird als dynamisch magnetisch neutraler Zustand bezeichnet.

Das Prinzip dieser Methode besteht darin, das Werkstück in ein magnetisches Wechselfeld zu legen und die Hystereseschleife zur Entmagnetisierung zu nutzen. Da die Amplitude des magnetischen Wechselfeldes allmählich abnimmt, wird die Bahn der Hystereseschleife immer kleiner. Wenn das Magnetfeld allmählich auf Null abklingt, geht der Restmagnetismus im Werkstück gegen Null.

Das Prinzip der Entmagnetisierung ist in der folgenden Abbildung dargestellt. Daraus ist ersichtlich, dass die Änderungen der Richtung und des Betrags des Stroms und des Magnetfelds während der Entmagnetisierung gleichzeitig umgeschaltet und abgeschwächt werden müssen.

(1) AC-Entmagnetisierung

Das Werkstück, das durch Wechselstrom elektromagnetisiert wurde, wird durch Wechselstrom entmagnetisiert, wobei die Durchlaufmethode oder die Dämpfungsmethode angewendet werden kann.

Für die schubweise Entmagnetisierung von kleinen und mittelgroßen Werkstücken ist es am besten, die Werkstücke auf eine Entmagnetisierungsmaschine mit Schienen und Schlitten zu legen. Während der Entmagnetisierung werden die Werkstücke 30 cm vor der Spule mit den großen Ferritringmagneten auf den Schlitten gelegt. Wenn die Spule erregt ist, bewegen Sie die Werkstücke entlang der Schiene. Die Schiene fährt langsam durch die Spule und wird mindestens 1 m von der Spule entfernt abgeschaltet. Bei schweren oder großen Werkstücken, die zum Entmagnetisieren nicht auf den Entmagnetisierer gelegt werden können, können Sie die Spule auch auf das Werkstück legen. Wenn der Strom eingeschaltet ist, fahren Sie langsam an der Spule vorbei, halten Sie sie vom Werkstück fern und schalten Sie den Strom in mindestens 1 m Entfernung ab.