Wybieranie magnesów

Magnesy mają ogromne znaczenie w zastosowaniach przemysłowych. Są one stosowane w różnych zastosowaniach, od silników elektrycznych po czujniki i siłowniki. Jednak wybór odpowiedniego magnesu do konkretnego zastosowania wymaga głębokiego zrozumienia właściwości magnetycznych, materiałów i cech konstrukcyjnych.

Warunki wstępne dla magnetyzmu

Warunkiem wstępnym magnetyzmu jest szczególna fizyczna charakterystyka elektronów do obracania się wokół własnej osi. Jednak kierunek jest decydujący dla tego tak zwanego spinu. Magnetyzm jest możliwy tylko wtedy, gdy elektrony są ustawione w tym samym kierunku. Z tego powodu metale są szczególnie odpowiednie do namagnesowania, ponieważ atomy są ułożone tutaj w wzór w kształcie siatki. Pozwala to elektronom swobodnie poruszać się i łatwiej dostosowywać do kierunku obrotu. Magnesy zawsze mają biegun północny (N) i biegun południowy (S), które odpychają się nawzajem. W przeciwieństwie do ładunków plus i minus w elektryczności, nie jest możliwe posiadanie oddzielnego bieguna dodatniego lub ujemnego. Gdy magnes jest podzielony, zawsze tworzy się nowy, mniejszy magnes. Najmniejsza niepodzielna ilość nazywana jest również magnesem elementarnym. Znajdują się one na przykład w żelazie – w niewyrównanej formie.

Przegląd magnesów

W zależności od ich zdolności do bycia z natury magnetycznym lub do bycia namagnesowanym przez zewnętrzne źródło energii, dokonuje się rozróżnienia pomiędzy następującymi typami magnesów:

• Magnesy trwałe: W magnesach trwałych elektrony poruszają się wokół własnej osi już w wyrównanym wzorze, generując w ten sposób stałe pole magnetyczne. Na przykład żelazo, kobalt i nikiel są magnetyczne z natury. Magnesy trwałe są podzielone na twarde magnesy i miękkie magnesy. Magnesy twarde charakteryzują się wysoką remanencją (opornością na demagnetyzację) i siłą pola (siła pola magnetycznego wymagana do pełnego rozmagnesowania magnesu), podczas gdy magnesy miękkie można łatwo namagnesować i rozmagnesować.
• Elektromagnesy: W elektromagnesach magnetyzm jest generowany przez dostarczanie prądu elektrycznego. Gdy elektrony przepływają przez przewodnik elektryczny, prąd wokół nich generuje pole magnetyczne. Zwykle jest to drut z uzwojeniami, gdzie każda pętla uzwojenia służy jako okrągły przewodnik. Ogólnie rzecz biorąc, skutkuje to bardzo silnym całkowitym polem magnetycznym przekraczającym pole magnesów trwałych.

Podstawowe właściwości magnetyczne

Podstawowe właściwości magnesów obejmują:

• Gęstość strumienia magnetycznego (w teslach): Gęstość powierzchniowa strumienia magnetycznego przechodzącego pionowo przez określony element powierzchni. Termin indukcja magnetyczna jest często używany jako synonim i opisuje to samo zjawisko fizyczne, ale w innym kontekście (elektrodynamika i indukcja elektromagnetyczna).
• Natężenie pola magnetycznego (w amperach na metr): Przypisuje siłę i kierunek pola magnetycznego generowanego przez napięcie magnetyczne do każdego punktu przestrzeni.
• Przepuszczalność magnetyczna (również przewodność magnetyczna): Określa zdolność materiałów do przepuszczania pól magnetycznych lub dostosowywania się do pola magnetycznego.

Właściwości te wpływają na wydajność magnesu w niektórych zastosowaniach.

Demagnetyzacja magnesów trwałych

Możliwe jest rozmagnesowanie magnesów trwałych. Może jednak nadal występować niewielka magnetyzacja resztkowa. W celu demagnetyzacji należy zakłócić wyrównanie spinów atomowych. Może to nastąpić na przykład przez wpływy zewnętrzne, takie jak ciepło, silne uderzenia lub inne pola magnetyczne. Na przykład, każdy materiał magnetyczny ma maksymalną temperaturę zastosowania, zwaną temperaturą Curie. Powyżej tej temperatury zmieniają się właściwości magnetyczne. Temperatura ta wynosi ok. 769°C dla żelaza, ok. 1127°C dla kobaltu i ok. 358°C dla niklu. Elektromagnesy można rozmagnesować poprzez wyłączenie zasilania.

Produkcja magnesu i użyte materiały

Są różne procesy produkcyjne dla magnesów. Jednak metalurgia proszków, w której materiały są najpierw rozdrabniane, a następnie mieszane i prasowane, jest najbardziej powszechna. Proces prasowania odbywa się pod wpływem ciepła i jest również nazywany spiekaniem fazy ciekłej. Na koniec następuje proces magnetyzacji, w którym magnesy elementarne w surowym materiale są ustawiane w jednym kierunku za pomocą dużego magnesu lub elektromagnesów. Działająca siła magnetyczna powinna być około trzy razy większa niż siła magnetyczna, którą powinien mieć magnes końcowy. Do powszechnie stosowanych materiałów należą neodym-żelazo-bor (NdFeB), samar-kobalt (SmCo), AlNiCo (aluminium-nikiel-kobalt) oraz ferryty.

Materiały, które mają być wybrane, zależą od takich czynników, jak temperatura robocza, parametry magnetyczne i koszt. Obecnie możliwe jest również wytwarzanie magnesów związanych z tworzywami sztucznymi, takich jak magnesy gumowe.

Wybieranie magnesów

Aby móc wybrać odpowiedni magnes, ważne jest, aby znać parametry wpływające na wydajność magnesu:

• Remanencja: Gęstość strumienia, którą magnes utrzymuje w zamkniętej pętli.
• Natężenie pola koercji: Miara odporności na rozmagnesowanie.
• Maksymalny produkt energetyczny: Remanencja (Br) magnesu pomnożona przez Natężenie pola wymuszającego (Hc).
• Gęstość strumienia w pętli otwartej: Natężenie pola magnetycznego (mierzona w teslach, dawniej w gausach). Opisuje gęstość generowanego pola magnetycznego (gęstość strumienia). Pole magnetyczne jest wizualizowane jako linie magnetyczne wzdłuż kierunku namagnesowania. Natężenie pola to gęstość tych linii na określonym obszarze, a całkowita liczba linii opisuje gęstość strumienia magnetycznego.
• Siła przylegania: Siła przyciągania magnesu mierzona w niutonach. Dobór materiału, tekstura powierzchni i kąt przyciągania magnetycznego mają wpływ na siłę przyciągania.

W poniższej tabeli przedstawiono wartości referencyjne dla doboru magnesów na podstawie siły adsorpcji i gęstości strumienia.

Więcej informacji można znaleźć w katalogu produktów.

Środowisko, w którym magnes będzie działał, wpływa również na wydajność i trwałość. Oprócz wspomnianej już temperatury wilgoć (rdza), naprężenia mechaniczne lub korozja wpływają na właściwości magnetyczne. W związku z tym należy wziąć pod uwagę wszystkie okoliczności wyboru i w razie potrzeby należy zastosować magnesy o specjalnych właściwościach, takie jak wysoka odporność na wilgoć.

W MISUMI oferujemy magnesy do każdego zastosowania. Oferta obejmuje zarówno wysoce odporne na ciepło magnesy neodymowe, jak i elastyczne gumowe magnesy lub prefabrykowane haki magnetyczne. Na przykład: okrągłe magnesy, magnesy z uchwytami, magnesy gumowe, magnesy (przykręcane), magnesy (prostokątne) lub uchwyty magnetyczne (przełączane).

Jakość magnesów jako ważna jednostka miary

Jakość magnesu jest ważną jednostką miary magnesów. Składa się z litery, po której następuje liczba, np. UH45:

• Litera: Litera wskazuje maksymalną temperaturę roboczą. Magnesy zwykle mają maksymalną temperaturę roboczą 80°C, która jest oznaczona literą N. Dalsze informacje mogą być: M do 100°C, H do 120°C, SH do 150°C, UH do 180°C i EH do 200°C.
• Liczba: Liczba wskazuje zgromadzoną energię magnetyczną na objętość. Jest to iloczyn siły pola magnetycznego H i gęstości strumienia magnetycznego B.

Przemysłowe zastosowanie magnesów

Magnesy są niezbędne w przemyśle. Na przykład elektromagnesy są stosowane w przemyśle motoryzacyjnym wszędzie tam, gdzie pracują silniki elektryczne. Obrót silnika zależy od sił przyciągania i odpychania magnesu. Magnesy są również używane do przekaźników. Tutaj w obwodzie jest zainstalowany przełącznik elektromagnetyczny, a następnie pole magnetyczne jest budowane za pośrednictwem słabego źródła zasilania. Przełącznik zamyka się, gdy zasilanie jest dostarczane i otwiera się, gdy tylko prąd zostanie wyłączony, rozpraszając w ten sposób pole magnetyczne. W niektórych pociągach dużych prędkości i pociągach lewitacyjnych, silne magnesy są używane do podnoszenia pojazdów z ziemi i pozwalają im płynnie i szybko szybować. Ponadto magnesy i ich właściwości są szczególnie stosowane w systemach przenośników taśmowych. Transportowany materiał można zatem łatwo oddzielić lub posortować, co jest szczególnie ważne w przemyśle recyklingu i przetwarzania odpadów.

Magnesy trwałe są stosowane na przykład w następujących zastosowaniach:

• Przenośniki: Magnesy trwałe służą do oddzielania materiałów ferromagnetycznych od materiałów nieferromagnetycznych, np. w przemyśle recyklingu. Materiały magnetyczne są zbierane i usuwane przez magnes trwały.
• Urządzenia zabezpieczające: W inżynierii mechanicznej i budowie maszyn niestandardowych magnesy trwałe są stosowane w osłonach drzwi lub ochronnych. Na przykład utrzymują zamknięte drzwi lub klapki, które umożliwiają dostęp do niebezpiecznych komponentów maszyny.
• Systemy kontroli dostępu: Magnesy trwałe są tu stosowane w połączeniu z elektromagnesami. Magnes trwały jest zamontowany na stałe, podczas gdy elektromagnes reguluje mechanizm blokujący, pokonując siłę magnesu trwałego po aktywacji (np. za pomocą karty dostępu), odblokowując w ten sposób drzwi.

Możliwości zastosowania są bardzo wszechstronne i znajdują odzwierciedlenie w obszernym portfolio produktów w MISUMI.