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Permanentmagnete sind für ihre Fähigkeit bekannt, ihren Magnetismus über längere Zeiträume beizubehalten. Sie kommen in verschiedenen Formen vor, darunter natürliche Magnete wie Magnetit und künstliche Magnete wie Alnico-Legierungen. Es ist jedoch wichtig, sich der Faktoren bewusst zu sein, die zum teilweisen oder vollständigen Verlust des Magnetfelds eines Permanentmagneten führen können, da dies negative Auswirkungen auf den vorgesehenen Zweck haben kann Anwendung.
Es ist von entscheidender Bedeutung, den Entmagnetisierungsprozess und seine Mechanismen zu verstehen. Es gibt bestimmte physikalische Bedingungen, die eingehalten oder vermieden werden müssen, um die gewünschte Magnetisierung bei Permanentmagnetanwendungen aufrechtzuerhalten. Indem man sich mit diesen Bedingungen vertraut macht, kann man das Risiko einer Entmagnetisierung verringern und die Langlebigkeit des Magnetfelds des Magneten sicherstellen.
Was bedeutet Entmagnetisierung?
Vereinfacht ausgedrückt bezeichnet Entmagnetisierung die Reduzierung oder vollständige Entfernung des Magnetismus eines Magneten. Das Funktionsprinzip von Permanentmagneten basiert auf der Anordnung von Mikrobereichen innerhalb des Legierungsmaterials. Diese kleinen Bereiche werden magnetische Domänen genannt. Jede magnetische Domäne wirkt wie ein mikroskopischer Magnet innerhalb des größeren Ganzen. Ein Teil des Prozesses zur Entwicklung von Permanentmagneten besteht darin, ein hochfestes magnetisches Material, typischerweise Alnico, Strontiumeisen (Keramik oder Ferrit genannt), Neodym-Eisen-Bor oder Samarium-Kobalt, in ein starkes Magnetfeld zu bringen. Beim Magnetisieren eines Materials richten sich einzelne magnetische Domänen, die meist in verschiedene Richtungen zeigen, in Richtung des Magnetfeldes aus. Wenn nahezu alle magnetischen Domänen auf das ursprüngliche Magnetfeld ausgerichtet sind, wird das Material zu einem Permanentmagneten. Wenn Sie einen Magneten entmagnetisieren, sind seine magnetischen Domänen nicht mehr perfekt ausgerichtet. Es ist die Anordnung dieser magnetischen Domänen, die für den Magnetismus des Materials sorgt. Wenn das Magnetfeld (die Anordnung der magnetischen Domänen) gestört wird, wird der Magnet entmagnetisiert.
Wie entmagnetisiert man einen Permanentmagneten?
Die Begriffe „permanente“ und „temporäre“ Magnete verwirren manchmal. Temporäre Magnete wirken nur dann als Magnete, wenn sie an oder in der Nähe eines Objekts angebracht werden, das ein Magnetfeld aussendet. Sie verlieren schnell ihren Magnetismus, wenn die Magnetfeldquelle entfernt wird. Im Gegensatz dazu halten Permanentmagnete ihr kontinuierliches Magnetfeld unter normalen Betriebsbedingungen im Allgemeinen selbstständig aufrecht. Allerdings können sich Permanentmagnetmaterialien unter bestimmten Bedingungen immer noch entmagnetisieren, z. B. bei starker Hitzeeinwirkung, Kollisionen mit anderen Objekten, Volumenverlust und Einwirkung widersprüchlicher Magnetfelder.
1.Heizen
Erhöhte Temperaturen sind ein vorherrschender Faktor, der zur Entmagnetisierung führen kann. Wenn die Temperatur steigt, verstärkt sich die atomare Bewegung und übersteigt schließlich die Ausrichtung magnetischer Domänen. Die Curie-Temperatur stellt den kritischen Punkt dar, an dem eine magnetische Legierung ihre permanentmagnetischen Eigenschaften vollständig und irreversibel verliert. Dennoch kann es zu unterschiedlich starken Entmagnetisierungen kommen, selbst wenn sich die Temperatur des Magneten seinem Curie-Punkt nähert. Das Ausmaß der Entmagnetisierung variiert erheblich je nach Material und Qualität des jeweiligen Magneten und wird typischerweise durch die Entmagnetisierungskurve des Magneten dargestellt.
Im Allgemeinen sind einige Permanentmagnetmaterialien bei steigender Temperatur anfälliger für eine Entmagnetisierung als andere. Neodym-Magnete reagieren im Allgemeinen am anfälligsten auf erhöhte Betriebstemperaturen und widerstehen typischerweise der Entmagnetisierung, bis die Betriebstemperatur etwa 100 °C erreicht. Es sind Neodym-Magnetmaterialien erhältlich, die über 220 °C betrieben werden können, diese können jedoch sehr teuer werden. Für Samarium-Kobalt-Magnete liegt dieser Grenzwert bei 350 °C. Alnico-Magnete bieten die besten Temperatureigenschaften aller vorhandenen Standard-Produktionsmagnetmaterialien und ermöglichen den Einsatz in Dauerbetriebsanwendungen, bei denen extreme Temperaturen von bis zu 540 °C zu erwarten sind.
Beim Betrieb unter Hochtemperaturbedingungen ist es wichtig, die Permeabilität des verwendeten magnetischen Materials zu berücksichtigen und dabei Faktoren wie Größe, Materialtyp und Betriebstemperatur zu berücksichtigen. Diese Faktoren bestimmen gemeinsam die Wirksamkeit des Magneten für eine bestimmte Anwendung. Im Fall von Neodym-Magneten kann die Verwendung eines Permeabilitätsrechners bei der Beurteilung helfen, ob ein Magnet einer bestimmten Größe bei den erforderlichen Betriebstemperaturen entmagnetisiert und möglicherweise versagt.
Wenn ein Permanentmagnet über längere Zeit hohen Temperaturen ausgesetzt wird, wird die Ausrichtung der Elektronen gestört, was zu einer teilweisen oder vollständigen Entmagnetisierung führt. Die auftretende Entmagnetisierung kann sowohl reversibler als auch irreversibler Natur sein.
2. Kollision und Volumenverlust
Ein weiterer Faktor, der einen Permanentmagneten entmagnetisieren kann, ist eine Kollision – der Aufprall eines anderen Objekts auf den Magneten. Wenn beispielsweise wiederholt mit einem Hammer auf einen Magneten geschlagen wird, wird die Bewegung seiner Atome gestört, wodurch die Ausrichtung der Nord- und Südpole des Magneten beeinträchtigt wird und dieser schließlich entmagnetisiert wird.
Kollisionen beeinträchtigen auch die physikalische Integrität des Magneten und der daraus resultierende Volumenverlust kann sich auch negativ auf die Magnetisierung auswirken. Daher gilt der Volumenverlust als weiterer Faktor bei der Entmagnetisierung von Permanentmagneten. Auch Korrosion oder Oxidation durch zu hohe Luftfeuchtigkeit können die physikalischen Eigenschaften und damit die magnetischen Eigenschaften des Magneten beeinträchtigen.
3. Widersprüchliche Magnetfelder
Permanentmagnete können entmagnetisiert werden, wenn sie ungünstigen äußeren Magnetfeldern ausgesetzt werden. Das Vorhandensein eines anderen Magnetfelds in unmittelbarer Nähe des Magneten wirkt als Entmagnetisierungsmittel, was dazu führt, dass der Magnet seine magnetischen Eigenschaften verliert. Dies unterstreicht die Bedeutung einer ordnungsgemäßen Lagerung von Permanentmagneten. Durch die richtige Lagerung werden sie nicht nur vor physischen Beschädigungen geschützt, sondern auch vor externen Magnetfeldern abgeschirmt, wodurch die Aufrechterhaltung ihrer magnetischen Eigenschaften und die Konsistenz ihres Magnetfelds gewährleistet werden.
Auch Wechselstrom in unmittelbarer Nähe kann diesen Effekt auf Magnete haben und zu einer Entmagnetisierung führen.
4. Chemische Faktoren
Unter dem Einfluss chemischer Faktoren wie Säuren, Laugen, Sauerstoff, korrosiver Gase usw. verändert sich die innere oder oberflächliche chemische Struktur des Permanentmagneten. Dies führt zu Veränderungen der magnetischen Eigenschaften. Das Eisen und Neodym in NdFeB sind dann anfälliger für Oxidation. Der Schutz von Permanentmagneten umfasst im Allgemeinen Galvanisieren, wie z. B. Verzinken und Vernickeln.
Probleme und Methoden der Fehlerumkehr
Permanentmagnetmaterial ist der wichtigste Rohstoff für Permanentmagnetmotoren. Bei der Herstellung, Prüfung und Verwendung von Motoren wird es immer ein Problem mit dem Verlust des Magnetismus geben. Aus der tatsächlichen Fehlerfallanalyse lassen sich folgende Aspekte ableiten:
Falsche Auswahl der Magnetstahlsorte
Wenn die Motorkonstruktionsberechnungen nicht genau genug sind und fälschlicherweise niedrigere Qualitäten ausgewählt werden, kann es zu einer solchen Situation kommen: Die Testaufzeichnungsindikatoren des anfänglichen Testprozesses sind sehr gut. Da der Motor jedoch allmählich zur thermischen Stabilisierung neigt, beginnen sich die relevanten Indikatoren des Motors zu verschlechtern. In der Folge weichen die Indikatoren immer mehr von den Designerwartungen ab. Ab einem bestimmten Punkt steigt der Strom dramatisch an und der Wechselrichter stoppt schnell. Dies bedeutet, dass der Motor entmagnetisiert wurde und die Magnete ausgetauscht werden müssen.
Entmagnetisierung durch Überhitzung
Wenn wir den Einfluss der magnetischen Leistung von Magnetstahl ausschließen und nur die thermischen Faktoren berücksichtigen, kann festgestellt werden, dass es zwei Fälle von Überhitzungs- und Entmagnetisierungsphänomenen gibt: Erstens ist der Umluftkreislauf des Motors unvernünftig, entgegen dem Naturgesetz der Wärme und Kälteleitung und führen zu lokaler Wärmekonzentration; Zweitens ist die thermische Belastung der Wicklung zu hoch, was dazu führt, dass die Temperatur das Lastniveau des Motorwärmetauschers übersteigt.
Zu hoher Entmagnetisierungsstrom
Bei laufendem Motor übersteigt die Größe des Laststroms den Entmagnetisierungswiderstand der Magnete, was zu einer irreversiblen Entmagnetisierung der Magnete führt. Dadurch erhöht sich der Laststrom weiter und die irreversible Entmagnetisierung der Magnete wird verstärkt. Der Fehler beschleunigt die irreversible Entmagnetisierung, bis der Magnet verloren geht.
Entmagnetisierungskurvenrechner
Eine Entmagnetisierungskurve zeigt die magnetischen Eigenschaften eines bestimmten Magneten, aufgetragen auf einer Achse. Eine Entmagnetisierungskurve liefert daher ein vollständigeres Bild der magnetischen Eigenschaften des Magneten als ein einzelner Punkt. Aus diesem Grund werden bei der Konstruktion magnetischer Bauteile häufig Entmagnetisierungskurven verwendet.
Genauer gesagt zeigt die Kurve das Verhältnis der Flussdichte (B) zum Magnetisierungsfeld (H). Der durch die beiden Kurven erzeugte Schnittpunkt ist der Koeffizient der magnetischen Permeabilität.
Ein Entmagnetisierungsrechner hilft bei der Auswahl eines geeigneten Designs, indem er den Entmagnetisierungsprozess für einen bestimmten Magneten an verschiedenen vordefinierten Punkten visualisiert. Durch Eingabe relevanter Parameter wie Materialtyp und Abmessungen (z. B. 3 Zoll Durchmesser und 0.1 Zoll Dicke für einen N35-Scheibenmagneten) kann der Rechner die Entmagnetisierungskurve für den ausgewählten Magneten erstellen. Diese Informationen sind wertvoll für die Bestimmung des optimalen Designs einer Magnetbaugruppe, ermöglichen eine fundierte Entscheidungsfindung und stellen die gewünschte Leistung des Magnetsystems sicher.
Zusammenfassung
Das Auftreten einer Entmagnetisierung kann die Funktionalität und Wirksamkeit eines Magneten erheblich beeinträchtigen, wenn er als Komponente in verschiedenen Anwendungen verwendet wird. Daher ist es wichtig, dieses Phänomen zu erkennen und bei der Erstellung magnetischer Baugruppen geeignete Designstrategien anzuwenden, um eine Entmagnetisierung zu verhindern. Durch die Berücksichtigung und Bewältigung potenzieller Entmagnetisierungsrisiken während der Entwurfsphase können die Integrität und Zuverlässigkeit des Magneten gewahrt und gewährleistet werden optimale Leistung in der beabsichtigten Anwendung.
