Imán permanente de NdFeB
El imán permanente de ndfeb tiene una forma determinada. Por ejemplo, si se mide la curva de magnetización en el estado de circuito abierto a lo largo de las direcciones x, y y z del imán, se puede encontrar que a lo largo de la dirección x, sólo se necesita un campo magnético más bajo (H1) para magnetizarlo hasta la saturación técnica, mientras que a lo largo de las direcciones y y z, se necesitan campos magnéticos más altos para magnetizarlo hasta la saturación técnica.
Este fenómeno se denomina anisotropía de forma del imán permanente ndfeb . La dirección que requiere un campo magnético menor para magnetizarlo hasta la saturación técnica se denomina dirección de magnetización fácil; la dirección que requiere un campo magnético mayor para magnetizarlo hasta la saturación técnica se denomina dirección de magnetización difícil.
¿Por qué los imanes permanentes de una determinada forma (no esférica) presentan anisotropía de forma? Esto está relacionado con el campo de desmagnetización del imán permanente ndfeb.
Sabemos que los imanes permanentes en forma de bloque o cilíndricos siempre tienen polos N y polos S. La presencia de polos magnéticos generará campos magnéticos alrededor y dentro de los imanes. El campo magnético generado por los polos magnéticos de los imanes permanentes siempre va del polo N al polo S, tanto alrededor como dentro de los imanes.
El campo de desmagnetización dentro del imán permanente de ndfeb está representado por Hd, y su dirección es de polo N a polo S. La dirección del momento magnético Mm del imán permanente de ndfeb o la dirección de la intensidad de magnetización es del polo S al polo N. El Hd dentro del imán permanente es opuesto a la dirección de la intensidad de magnetización M, y juega un papel de desmagnetización, por lo que se denomina campo de desmagnetización.
¿Cómo se genera el campo de desmagnetización de un imán permanente ndfeb? Podemos considerar que un imán permanente está compuesto por dos imanes, A y B. El imán A está justo en el campo magnético generado por el imán B, y el imán B está también en el campo magnético generado por el imán A. Estos campos magnéticos van justo del polo N al polo S, por lo que es opuesto a la dirección de la intensidad de magnetización del imán, por lo que se denomina campo de desmagnetización.
La intensidad del campo de desmagnetización de un imán permanente de ndfeb está relacionada con la forma y el tamaño del imán permanente. Por ejemplo, la intensidad del campo de desmagnetización de un imán permanente en forma de anillo varía con el tamaño del hueco del imán permanente en forma de anillo (es decir, la longitud del imán permanente).
Cuando se magnetiza a lo largo del eje del imán permanente de ndfeb en forma de anillo, no se genera ningún campo de desmagnetización; cuando el imán permanente en forma de anillo se corta por la mitad, el campo de desmagnetización del medio anillo es Hd; cuanto más corto se corta el imán permanente en forma de anillo, mayor es el valor absoluto del campo de desmagnetización Hd. El orden en el que el valor absoluto del campo de desmagnetización aumenta gradualmente es Hd(e)>Hd(d) >Hd(c) >Hd(b) >Hd(a)→0.
Se puede deducir que cuando la fuerza coercitiva Hcj del imán permanente no es lo suficientemente grande, si el imán permanente se hace delgado, es posible que no pueda magnetizarse a lo largo de la dirección delgada porque el campo de desmagnetización es demasiado grande.
El ejemplo anterior muestra que el tamaño del campo de desmagnetización de un imán permanente está relacionado con la forma y la relación de tamaño del imán. Los cálculos experimentales y teóricos pueden demostrar que el campo de desmagnetización de un imán permanente es Hd=-NM, donde M es la intensidad de magnetización del imán permanente y N es el factor de desmagnetización. El signo negativo en la fórmula indica que Hd está en dirección opuesta a M.
Para un imán permanente ndfeb en forma de varilla redonda de longitud infinita, el factor de desmagnetización N1 a lo largo de la dirección de la longitud y el factor de desmagnetización Nd en la dirección del diámetro pueden expresarse como sigue, donde k es el factor de tamaño, k=l/d, d es el diámetro del imán en forma de varilla y l es la longitud.
El factor de desmagnetización de cualquier imán permanente de ndfeb en tres direcciones mutuamente perpendiculares (N1+Nd+Nd=1) es igual a 1,0. Se puede observar que k=l/d=0, lo que equivale a una placa muy delgada, y su factor de desmagnetización N1→1,0;
Para un imán permanente en forma de barra redonda magnetizado en la dirección axial, el cambio de su factor de desmagnetización a lo largo de la longitud l se muestra en la siguiente figura imán permanente de ndfeb. Cuando la longitud l es equivalente a 200 veces el diámetro, se puede ignorar su factor de desmagnetización y considerar su campo de desmagnetización.
En el caso de los materiales magnéticos permanentes, como el NdFeB, utilizamos principalmente su capacidad para generar y conservar magnetismo, que es el requisito funcional más básico de los materiales magnéticos. Entonces, ¿cómo medir la capacidad de los imanes para generar y conservar magnetismo? Solemos utilizar cuatro indicadores: la remanencia Br, la coercitividad Hcb, la coercitividad intrínseca Hcj y el producto de energía magnética máxima BH (max).
Para comprender realmente los indicadores anteriores, primero debemos entender la curva de desmagnetización. Debido a que los materiales magnéticos permanentes necesitan ser magnetizados primero, y el imán permanente ndfeb después de la magnetización necesita soportar varios factores que son desfavorables para el magnetismo durante el uso, la curva de desmagnetización puede reflejar eficazmente el rendimiento general del imán.
La imagen anterior es un típico bucle de histéresis de imán permanente de ndfeb. El primer cuadrante es la curva de magnetización, el segundo cuadrante es la curva de desmagnetización, el tercer cuadrante es la curva de magnetización inversa y el cuarto cuadrante es la curva de desmagnetización inversa. El eje horizontal representa la intensidad de campo magnético externo H, y el eje vertical representa la intensidad de inducción magnética B y la intensidad de polarización magnética J.
[En pocas palabras, la intensidad de inducción magnética B es la acumulación del campo magnético externo y del campo magnético interno del imán, y la intensidad de polarización magnética J es el campo magnético interno del imán].
Los cuatro parámetros de rendimiento magnético de remanencia, fuerza coercitiva, fuerza coercitiva intrínseca y producto de energía magnética máxima se derivan de la curva de desmagnetización. La línea roja de la imagen anterior se denomina curva de desmagnetización J-H (la curva del cambio de intensidad de polarización magnética J y el campo magnético externo H), también llamada curva de desmagnetización intrínseca imán permanente ndfeb, y la línea azul se denomina curva de desmagnetización B-H (la curva del cambio de intensidad de inducción magnética B y el campo magnético externo H). Utilizamos pequeños recuadros para representar los dominios magnéticos.
Los dominios magnéticos pueden entenderse como pequeños imanes. Un imán se compone de muchos dominios magnéticos. La flecha es la dirección de magnetización espontánea eje C del dominio magnético. Para un imán permanente en estado magnéticamente neutro (en términos sencillos, un imán permanente ndfeb que no se ha cargado), la mayoría de los dominios magnéticos se encuentran en las mismas coordenadas, pero sus direcciones se anulan entre sí, de modo que no se muestra magnetismo hacia el exterior.
Cuando el campo magnético externo aplicado aumenta en sentido contrario, los dominios magnéticos del imán se desplazan y giran gradualmente, como se muestra en la figura 5. Cuando la intensidad del campo magnético alcanza un determinado valor, la intensidad de inducción magnética B del imán desciende a 0. En pocas palabras, la intensidad de campo magnético retenida en el interior del imán y la intensidad de campo magnético externo inverso se anulan mutuamente.
El valor correspondiente de la intensidad de campo magnético en este momento se denomina coercitividad magnética Hcb (también escrita como bHc), con unidades de Oe o kA/m. La coercitividad magnética Hcb está estrechamente relacionada con la pendiente de la curva de desmagnetización J-H. Si es improbable que los dominios magnéticos de los imanes permanentes de ndfeb se desplacen o giren en un corto período de tiempo, la línea J-H será muy recta, de modo que el valor de Hcb será infinitamente cercano a Br, y el límite superior de Hcb es Br, Hcb=Br.
Esta es una situación ideal, lo que significa que no hay tendencia a que los dominios magnéticos se inviertan antes de que la intensidad del campo magnético inverso alcance el valor Br. De esta manera, el imán es muy estable, es decir, el imán tiene una capacidad muy fuerte para resistir la desmagnetización en el estado inicial del valor del campo magnético inverso por debajo de Br.
Cuando el campo magnético inverso sigue aumentando y alcanza un valor crítico, aparecen rápidamente dominios magnéticos inversos que hacen que la intensidad de polarización magnética del imán caiga rápidamente a 0. En términos sencillos, la intensidad de campo magnético retenida en el interior del imán cae a 0, como se muestra en la figura 6. El valor de intensidad de campo magnético correspondiente en este momento se denomina fuerza coercitiva intrínseca Hcj (también escrita como jHc), con unidades de Oe o kA/m.
La fuerza coercitiva intrínseca es una magnitud física que refleja la magnitud de la capacidad del imán permanente ndfeb para resistir la desmagnetización. Cuanto mayor sea la fuerza coercitiva intrínseca, mayor será la capacidad de resistir la desmagnetización, o más exactamente, mayor será la capacidad de resistir la desmagnetización completa. Debe prestarse especial atención a la diferencia entre Hcj y Hcb. Cuando Hcj es mayor que Br, el valor límite de Hcb es Br. Cuando Hcj es menor que Br, el valor límite de Hcb es Hcj.
El producto de B y H correspondiente a cualquier punto de la curva de desmagnetización B-H se denomina producto de energía magnética. El valor máximo es el producto de energía magnética máxima (BH)max. Teóricamente, el producto de energía magnética máxima (BH)max=½ Br². El producto de energía magnética máxima tiene en cuenta tanto la remanencia como la coercitividad magnética. Su valor representa la magnitud de la energía magnética contenida en el imán y también puede reflejar la inclinación inicial de la línea J-H. La unidad es GOe o j/m³.
Si los cuatro parámetros anteriores siguen siendo difíciles de entender, se puede pensar simplemente que el imán es una taza de agua, la magnetización es el calentamiento, la remanencia es el calor del agua después de que se detiene el calentamiento, la desmagnetización es como enfriar el agua imán permanente ndfeb, Hcb es cuando la baja temperatura ambiente alcanza un cierto valor, se compensa el calor del agua, y el calor global no se refleja al exterior, y Hcj es el valor de la baja temperatura ambiente necesaria para reducir completamente el calor del agua a 0.
Para los parámetros magnéticos anteriores, debemos prestar atención a los siguientes puntos en las aplicaciones prácticas:
1. Para los imanes que requieren campos magnéticos fuertes, normalmente necesitamos aumentar su remanencia tanto como sea posible para liberar más magnetismo, pero debe tenerse en cuenta que esto es bajo la premisa de que no haya desmagnetización. Si existe desmagnetización, el simple aumento de la remanencia puede ser ineficaz imán permanente ndfeb, y es necesario aumentar Hcj para reducir la desmagnetización. El ejemplo más sencillo es un imán de disco D10*1.
El magnetismo superficial de 54H es mayor que el de N54. La razón es que el Hcj de 54H es más alto, lo que permite que su Br se utilice plenamente, mientras que el Hcj de N54 es muy bajo y no puede mantenerlo en un estado no desmagnetizado. Por muy alto que sea el Br, su magnetismo no puede aprovecharse plenamente.
2. Para los imanes que requieren una fuerte capacidad de antidesmagnetización y estabilidad, normalmente necesitamos aumentar Hcj, y el valor de Hcb tiene que ser lo más cercano posible a Br imán permanente ndfeb.
3. Para los imanes que necesitan una buena resistencia a la temperatura, solemos optar por aumentar Hcj, porque el coeficiente de temperatura de la coercitividad de los imanes permanentes de NdFeB con el mismo Hcj no es muy diferente. El efecto más directo de aumentar Hcj es hacer que el punto de inflexión de la línea B-H aparezca lo más tarde posible o no aparezca en absoluto. Si se imponen requisitos estrictos a la estabilidad de la temperatura, también deben considerarse los requisitos de Hcb para minimizar la pendiente de la línea B-H con el fin de reducir la amplitud de atenuación irreversible del imán.
