Wybieranie magnesów

Podstawowa wiedza

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.

Magnes sztabkowy
Magnes sztabkowy
Magnes cylindryczny ze wskazanymi biegunami magnetycznymi
Magnes cylindryczny ze wskazanymi biegunami magnetycznymi

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.
Magnes cylindryczny
Magnes cylindryczny
Kanciaste magnesy neodymowe
Kanciaste magnesy neodymowe

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.

Rodzaje magnesów według materiału
Typ magnesu Właściwości
Magnes neodymowy Ma najsilniejszą siłę magnetyczną spośród obecnie dostępnych materiałów i może wywierać dużą siłę magnetyczną pomimo niewielkich rozmiarów. Wadą jest to, że jest bardzo podatny na rdzę.
Magnes kobaltowy Jest to materiał o drugiej najsilniejszej sile magnetycznej po magnesach neodymowych. Jego zaletą jest to, że nie rdzewieje tak łatwo i jest odporny na wysokie temperatury. Ponieważ jednak materiał ma niską wytrzymałość mechaniczną i łatwo pęka, zaleca się ostrożność podczas obsługi.
Magnes ferrytowy Chociaż siła magnetyczna jest słaba, raczej trudno jest ją rozmagnesować. Ma również niską wytrzymałość mechaniczną i łatwo pęka, dlatego podczas obsługi zaleca się ostrożność.
Magnes AlNiCo Ma doskonałe właściwości temperaturowe i wytrzymałość mechaniczną. Wadą jest to, że bardzo łatwo jest go rozmagnesować.

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.

Zakresy referencyjne — wybór magnesów
Numer części L Siła przyciągania
N		     Gęstość strumienia magnetycznego
Gauss [G]
Wersja D HXNN HXN
HXNH		 HXMS HXNN HXN
HXNH		 HXMS
HXNN
(silny neodym)

HXN
(neodym)

HXNH
(odporny na ciepło neodym)

HXMS
(samarowo-kobaltowy)		 1 2 0.08 0.06 0.04 od 1900 do 2100 1100 do 1300 900 do 1100
3 - 0.07 0.05 - 1200 do 1400 1000 do 1200
5 0.1 0.08 0.06 od 2100 do 2300 1300 do 1500 1100 do 1300
2 2 0.77 0.59 0.39 od 3500 do 3700 2400 do 2600 2000 do 2200
3 0.9 0.69 0.49 od 3700 do 3900 3100 do 3300 2600 do 2800
4 0.93 0.72 - od 3700 do 3900 3400 do 3600 -
5 1.01 0.78 0.49 od 4100 do 4300 3100 do 3300 2600 do 2800
3 1 1.39 1.07 - 2700 do 2900 2000 do 2400 '-
2 2.04 1.57 1.08 3700 do 4000 3100 do 3300 2600 do 2800
3 2.55 1.96 1.37 4200 do 4500 3300 do 3500 2800 do 3000
4 2.93 2.25 1.47 4400 do 4700 3400 do 3600 2900 do 3100
5 3.06 2.35 1.57 4500 do 4800 od 3500 do 3700 2900 do 3100
6 3.6 2.82 '- 4600 do 4800 od 4100 do 4300 '-
4 1 '- 1.47 - - 2000 do 2200 -
2 3.69 2.84 1.86 od 4100 do 4300 3100 do 3300 2600 do 2800
3 4.97 3.82 2.55 4200 do 4500 3600 do 3800 3100 do 3300
4 5.6 4.31 2.94 4500 do 4800 3800 do 4000 3200 do 3400
5 6.11 4.7 3.14 4800 do 5100 4000 do 4200 3400 do 3600
8 8.5 6.82 - 5100 do 5400 4500 do 4700 -
10 9.04 6.96 - 5200 do 5500 4500 do 4700 -
5 1 - 1.45 - - 1800 do 2000 -
2 5.1 3.92 2.65 od 3500 do 3700 3000 do 3200 2500 do 2700
3 7.51 5.78 3.82 4200 do 4500 3800 do 4000 3200 do 3400
4 8.92 6.86 4.61 4600 do 4900 4000 do 4200 3400 do 3600
5 9.93 7.64 5.1 4900 do 5100 4300 do 4500 3600 do 3800
6 10.57 8.13 5.39 5100 do 5400 4300 do 4500 3600 do 3800
8 11.64 8.96 - 5200 do 5500 4700 do 4900 -
10 12.74 9.8 - 5400 do 5700 4800 do 5000 -
6 2 6.5 5 3.33 3100 do 3400 2900 do 3100 2400 do 2600
3 9.93 7.64 5.1 4000 do 4300 od 3700 do 3900 3100 do 3300
4 12.48 9.6 6.47 4600 do 4900 3900 do 4100 3300 do 3500
5 - 10.88 7.25 - 4300 do 4500 3600 do 3800
6 15.29 11.76 7.84 5100 do 5400 4400 do 4600 od 3700 do 3900
8 15.34 11.8 - 5400 do 5600 4700 do 4900 -
10 15.39 11.84 - 5500 do 5800 4800 do 5000 -
8 2 - 6.66 4.41 - 2400 do 2600 2000 do 2200
3 14.01 10.78 7.45 3500 do 3800 3200 do 3400 2700 do 2900
5 23.31 17.93 11.96 4700 do 5000 4200 do 4400 od 3500 do 3700
6 26.76 20.59 - 5100 do 5400 4700 do 4900 -
8 29.94 23.03 15.39 5400 do 5700 4600 do 4800 3900 do 4100
10 31.23 24.02 - 5600 do 5900 5000 do 5200 -
10 2 - 7.84 5.29 - 2000 do 2200 1700 do 1900
3 18.34 14.11 9.41 3100 do 3400 2800 do 3000 2400 do 2600
5 32.23 24.79 16.56 4300 do 4600 3800 do 4000 3200 do 3400
8 - 34.3 23.03 - 4700 do 4900 4000 do 4200
10 49.43 38.02 25.48 5500 do 5800 4900 do 5100 od 4100 do 4300
12 2 - 9.02 5.98 - 1600 do 1800 1300 do 1500
3 - 16.46 11.07 - 2500 do 2700 od 2100 do 2300
5 - 31.16 20.87 - 3600 do 3800 3000 do 3200
8 - 46.55 31.07 - 4500 do 4700 3800 do 4000
10 - 52.72 35.28 - 4800 do 5000 4000 do 4200
15 2 - 10.58 7.06 - 1400 do 1600 1100 do 1300
3 - 19.6 13.13 - 2300 do 2500 od 1900 do 2100
5 - 39.59 26.46 - 3100 do 3300 2600 do 2800
8 - 64.39 43.02 - 4200 do 4400 od 3500 do 3700
10 - 75.85 50.67 - 4600 do 4800 3800 do 4000
20 3 - 34.32 - - 1700 do 1900 -
10 - 98.06 - - 4200 do 4400 -
Uwaga: Zakresy odniesienia siły przyciągania i gęstości strumienia magnetycznego odnoszą się tylko do magnesów.
Strona z biegunem N w kolorze. (HXNN: zielony, HXNN: czerwony, HXNH: czarny, HXMS: niebieski)

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.

Podobne artykuły

Klasy wytrzymałości na rozciąganie śrub i nakrętek ze stali nierdzewnej

Wytrzymałość na rozciąganie stali i stali nierdzewnej jest krytycznym parametrem, jeśli chodzi o nośność i bezpieczeństwo połączeń gwintowanych. Składa się z dwóch kluczowych parametrów dla śrub stalowych, na podstawie których można łatwo określić wytrzymałość na rozciąganie i plastyczność. Ale zaczynając od określonego rozmiaru, śruby ze stali nierdzewnej i nakrętki ze stali nierdzewnej są oznaczone kombinacją literowo-cyfrową (np. A4-80). Kombinacja literowo-cyfrowa umieszczona przed myślnikiem przypisuje śrubę tak oznaczoną do grupy materiałowej i grupy stalowej, a tym samym dostarcza informacji na temat podstawowych właściwości materiału śruby. Liczba 80 po prawej stronie myślnika wskazuje klasę wytrzymałości. W tym artykule pokazano, jak używać klasy wytrzymałości śrub ze stali nierdzewnej do określenia ich granic użycia i przedstawienia przeglądu nośności typowych klas wytrzymałości.

ŁącznikiPodstawowa wiedza
9 minut czytania

Obwody pneumatyczne i schematy obwodów pneumatycznych - podstawy inżynierii płynów

Ten artykuł obejmuje podstawy pneumatyki, obwodów pneumatycznych i schematów obwodów pneumatycznych. Pneumatyka to obszar inżynierii płynów, który zajmuje się sprężonym powietrzem i jego zastosowaniem w różnych systemach. Technologia sterowania pneumatycznego jest stosowana w wielu branżach i sektorach, takich jak transport materiałów, robotyka lub transport.

PneumatykaPodstawowa wiedza
13 minut czytania

Obliczenia konstrukcji sprężyn

Sprężyny są elementami mechanicznymi, które mogą przechowywać i dostarczać energię naprężenia generowaną przez pracę używaną do naprężania, wydłużania lub ściskania sprężyny w postaci energii odkształcenia lub napięcia. Są one stosowane w wielu zastosowaniach i można je znaleźć w małych komponentach elektronicznych, a także w dużych maszynach przemysłowych. Aby sprężyna spełniała swoją funkcję, musi być prawidłowo zaprojektowana. W tym celu obliczane są parametry, takie jak stała sprężyny i skok sprężyny.

Podstawowa wiedzaProjektowanie i budowa
8 minut czytania

Obliczanie środka masy - z przykładami

Obliczanie środka masy jest ważnym krokiem w wielu zadaniach w inżynierii mechanicznej oraz w projektowaniu maszyn i komponentów. Środek masy wskazuje, gdzie waga ciała jest skoncentrowana, a tym samym pozwala określić siły i momenty w układzie. W tym artykule omówiono podstawy obliczania środka masy i przedstawiono kilka przykładów rzeczywistych.

Podstawowa wiedzaProjektowanie i budowa
8 minut czytania