Campo magnético de neodímio
O magnetismo de superfície é um indicador técnico importante dos produtos de aço magnético. Como o nome indica, é a intensidade de indução magnética da superfície. Por vezes, a indústria também lhe chama popularmente a intensidade do campo magnético da superfície, ou seja, o campo da superfície.
Para áreas de aplicação que requerem a utilização de campos magnéticos espaciais, o magnetismo de superfície ou o valor da intensidade de indução magnética de um ponto específico é normalmente utilizado como um requisito técnico importante. Aqui, deve ficar claro que o magnetismo de superfície tem uma direção. Normalmente, referimo-nos ao valor magnético de superfície perpendicular à superfície do pólo magnético.
O magnetismo de superfície pode ser calculado?
Em caso afirmativo, como deve ser calculado?
Esta é uma questão que preocupa toda a gente. Algumas fórmulas de cálculo podem ser encontradas na Internet, e os sítios Web de muitos fabricantes de materiais magnéticos também têm programas de cálculo correspondentes para facilitar os cálculos do campo magnético de neodímio.
No entanto, aqueles que as utilizaram podem constatar que estas fórmulas ou ferramentas só podem calcular o magnetismo de superfície de ímanes cilíndricos e rectangulares, e calculam o magnetismo de superfície central. As outras formas são difíceis de calcular? O magnetismo de superfície mais elevado também é difícil de calcular? Sim, é de facto muito difícil e complicado calcular com precisão o magnetismo de superfície.
Para ímanes cilíndricos e rectangulares, assumimos que a distribuição do campo magnético é ideal e simétrica, e o magnetismo da superfície central é assumido como sendo idealmente perpendicular ao campo magnético de neodímio da superfície do pólo magnético. A permeabilidade magnética no espaço de ar é igual à permeabilidade magnética do íman e é igual a 1,0. Com base nas condições acima, haverá um método de cálculo relativamente simples. Pode consultar a fórmula de cálculo da TDK:
Com base na fórmula acima, pode ser criada uma calculadora Excel para facilitar os cálculos. Esta é também a fonte de fórmulas para programas de cálculo em muitos sítios Web. No entanto, nos cálculos reais, verifica-se que a exatidão dos resultados dos cálculos parece ser insuficiente.
Os valores calculados de alguns produtos são muito diferentes dos valores medidos. Tomemos como exemplo o íman N50 D10*10mm. Utilize um medidor Gauss para medir a posição central da superfície do pólo magnético. Acreditamos que a sonda e o íman estão próximos um do outro e que não há espaço de ar.
Excluindo o erro do instrumento de medição, o Br calculado pela fórmula é 14kGs, pelo que o magnetismo da superfície central deve ser 6261Gs campo magnético de neodímio. Mas, de facto, independentemente da forma como se mede, é impossível atingir este valor, mesmo que se utilize o N54, é impossível atingir este valor. Qual é o problema? A fórmula da TDK também é incorrecta?
Para analisar os problemas acima referidos, temos de compreender qual é a base da fórmula, e não podemos simplesmente tomá-la como está. Em primeiro lugar, X na fórmula é a distância do ponto de cálculo à superfície do íman. Apesar de colocarmos sempre a sonda diretamente contra a superfície do íman durante a medição, a própria sonda do Gaussmeter não expõe o chip Hall.
Existe um invólucro de proteção. Por exemplo, o Gaussmeter japonês KANETEC, que é amplamente utilizado na indústria, tem um invólucro protetor transparente de cerca de 0,2 mm para o chip Hall da sonda. Além disso, depois de mais medições do campo magnético de neodímio, verificar-se-á que existe uma diferença entre o magnetismo da superfície da folha preta e o produto acabado. Porquê? É devido à influência do revestimento de superfície do produto acabado, como o revestimento de níquel-cobre-níquel, que geralmente tem 0,02 mm de espessura de um lado.
Além disso, o próprio níquel é um material condutor magnético, que protegerá o campo magnético, de modo que o revestimento também causará uma diminuição no valor medido. Além disso, o magnetismo de superfície medido pelo Gaussmeter de campo magnético de neodímio que sempre enfatizamos não é um ponto ideal, mas uma pequena área, e a orientação real e a uniformidade do ímã não podem ser perfeitas.
Por conseguinte, com base nas condições acima referidas e numa grande experiência prática do campo magnético de neodímio, X necessita de uma compensação adicional de 0,4-0,5 mm. Se o valor de Pc for inferior a 3, a compensação é de 0,5 mm, e se o valor de Pc for superior a 3, a compensação é de 0,4 mm.
O acima exposto é uma explicação da compensação do valor X. Outro ponto mais importante é que o princípio da fórmula é que a permeabilidade magnética do íman e o espaço de ar são ambos iguais a 1,0. Sabemos que a permeabilidade magnética do ar é 1,000065, que é muito próxima de 1,0, mas a permeabilidade magnética do íman não é tão ideal. De facto, já é um valor muito bom para chegar a 1,02.
A maior parte dos ímanes NdFeB das séries N e M têm um campo magnético de neodímio superior a 1,05, e alguns chegam mesmo a 1,1. Porque é que a permeabilidade magnética afecta os dados de teste? Ainda temos de voltar à curva de desmagnetização para analisar e compreender:
Pode ser visto a partir da curva de desmagnetização que o valor real de remanência do ímã no estado de circuito aberto não é o valor ideal de Br, mas menor que Br, que chamamos de densidade de fluxo magnético intrínseco Bdi campo magnético de neodímio. A razão é que o estado inicial da curva de desmagnetização J-H azul não é idealmente paralelo ao eixo X, mas inclinado, então o valor de Br deve ser maior que Hcb, e a permeabilidade de recuperação μrec = Br / Hcb não pode ser 1.0.
Outra situação é que a linha B-H tem um ponto de inflexão e o ponto de trabalho do íman está abaixo do ponto de inflexão, pelo que o Bdi real será muito inferior a Br, pelo que o resultado calculado se desviará do valor real, como se mostra na figura abaixo, o que também explica por que razão o magnetismo real da superfície central do íman N54 20*10*1mm não só é muito inferior ao valor teórico calculado, como também é muito instável.
Combinado com o acima exposto, a correção de Br na fórmula para Bdi e a compensação adequada de X será uma fórmula de cálculo mais precisa, mas em situações reais Bdi também é difícil de calcular o campo magnético de neodímio. O melhor método é calcular a partir do gráfico com base na curva de desmagnetização real e no valor Pc, mas isso também é complicado. Recomenda-se que o cálculo seja efectuado de acordo com as seguintes ideias:
1. Em primeiro lugar, o ponto de trabalho deve situar-se acima do ponto de inflexão da curva de desmagnetização B-H e manter uma margem adequada. Deste modo, deve ser dada especial atenção aos materiais N com um produto de energia magnética superior a 45 e às chapas finas com um Pc inferior a 0,6.
Se estiver abaixo do ponto de inflexão, significa que o magnetismo é instável. Mesmo que Bdi seja calculado a partir da curva para calcular a flutuação magnética da superfície central, a flutuação será um grande campo magnético de neodímio. Hcj deve ser aumentado para manter o ponto de trabalho abaixo do ponto de inflexão ou a linha BH não tem um ponto de inflexão do campo magnético de neodímio.
2. Sob a premissa de que o primeiro ponto pode ser satisfeito, Bdi = Br∙ (Pc + 1) / (μrec + Pc), μrec é determinado de acordo com o valor real, geralmente 1.08-1.1 para N40 e abaixo, 1.06-1.08 para N40 e acima, 1.05-1.06 para engrenagem M, 1.04 para engrenagem H e 1.03 para outros.
As fórmulas de cálculo finais para o magnetismo da superfície central dos corpos cilíndricos (ou quase cilíndricos) e rectangulares (ou quase rectangulares) são
Nota: A fórmula acima só é aplicável a ímanes permanentes com curvas de desmagnetização lineares, tais como NdFeB, SmCo e ferrite. Para ímanes permanentes com curvas de desmagnetização não lineares, como AlNiCo, FeCrCo, campo magnético de neodímio e vários materiais magnéticos macios, este método não é adequado para calcular o magnetismo de superfície. Além disso, a direção de magnetização dos ímanes orientados obliquamente não é perpendicular ao plano do pólo magnético, pelo que não é aplicável.
O cálculo do magnetismo de superfície de um íman de neodímio envolve normalmente a determinação da densidade do fluxo magnético (B) na superfície do campo magnético do íman de neodímio. Aqui está um esboço passo a passo de como isso pode ser feito:
Compreender as propriedades magnéticas: Os ímanes de neodímio são normalmente caracterizados pela sua densidade de fluxo magnético, frequentemente medida em Tesla (T) ou Gauss (G). Esta propriedade indica a força do campo magnético que geram.
Identificar as dimensões do íman: Medir ou obter as dimensões do íman, especificamente a área da superfície onde se pretende calcular o magnetismo de superfície. Vamos denotar a área como AA.
Determinar a densidade do fluxo magnético (B): A densidade do fluxo magnético BB pode ser encontrada a partir das especificações do íman fornecidas pelo fabricante ou utilizando um Gaussímetro para a medir diretamente.
Calcular o Magnetismo de Superfície: Quando tiver BB (em Tesla ou Gauss) e AA (em metros quadrados ou centímetros quadrados, dependendo das unidades de BB), pode calcular o magnetismo de superfície MM utilizando a fórmula:
Se BB é dado em Tesla e AA em metros quadrados:
M = B \cdot AM=B⋅A
Se BB é dado em Gauss e AA em centímetros quadrados:
M = \frac{B \cdot A}{10.000}M=
10,000
B⋅A
(Conversão de Gauss para Tesla: 1 Tesla = 10.000 Gauss)
Exemplo de cálculo: Suponhamos que temos um íman de neodímio com uma área de superfície A = 4A=4 cm² e uma densidade de fluxo magnético B = 1,2B=1,2 Tesla. Para encontrar o magnetismo de superfície MM:
M = B \cdot AM=B⋅A
M = 1.2 \, \text{T} \cdot 4 \, \text{cm}²M=1.2T⋅4cm
M = 4.8 \, \text{T} \cdot \text{cm}²M=4.8T⋅cm
Se quiser o resultado em Gauss:
M = \frac{1,2 \, \text{T} \cdot 4 \, \text{cm}²}{10,000}M=
10,000
1.2T⋅4cm
M = \frac{4,8 \, \text{Gauss} \cdot \text{cm}²}{10,000}M=
10,000
4.8Gauss⋅cm
M = 0.00048 \, \text{Tesla} \cdot \text{m}²M=0.00048Tesla⋅m
Considerações: Assegure-se de que as unidades são consistentes ao longo dos seus cálculos. Se o íman tiver formas irregulares ou campos magnéticos variáveis, podem ser necessários métodos mais sofisticados que envolvam o mapeamento do campo magnético ou simulações numéricas para cálculos precisos do magnetismo de superfície do campo magnético do neodímio.
Seguindo estes passos, é possível determinar o magnetismo de superfície de um íman de neodímio com base na sua densidade de fluxo magnético e área de superfície.
