Bei Permanentmagneten wie NdFeB nutzen wir vor allem ihre Fähigkeit, Magnetismus zu erzeugen und zu speichern. Dies ist die grundlegendste Funktionsanforderung für magnetische Materialien. Wie messen wir diese Fähigkeit? Wir verwenden typischerweise vier Indikatoren: Remanenz Br, Koerzitivfeldstärke Hcb, intrinsische Koerzitivfeldstärke Hcj und maximales magnetisches Energieprodukt BH(max).
Um diese Indikatoren wirklich zu verstehen, müssen wir zunächst die Entmagnetisierungskurve verstehen. Da Permanentmagnete zunächst magnetisiert werden müssen, müssen sie während des Gebrauchs verschiedenen negativen Einflüssen standhalten. Die Entmagnetisierungskurve spiegelt die Gesamtleistung des Magneten wider.
Die Abbildung oben zeigt eine typische Hystereseschleife für einen Permanentmagneten. Der erste Quadrant stellt die Magnetisierungskurve dar, der zweite Quadrant die Entmagnetisierungskurve, der dritte Quadrant die Rückmagnetisierungskurve und der vierte Quadrant die Rückentmagnetisierungskurve. Die horizontale Achse stellt das angelegte Magnetfeld H dar und die vertikale Achse die magnetische Induktion B und die magnetische Polarisation J. [Vereinfacht ausgedrückt ist die magnetische Induktion B die Summe aus dem äußeren Magnetfeld und dem inneren Magnetfeld des Magneten, und die magnetische Polarisation J ist das innere Magnetfeld des Magneten.] Die vier magnetischen Eigenschaften – Remanenz, Koerzitivfeldstärke, intrinsische Koerzitivfeldstärke und maximales magnetisches Energieprodukt – werden alle aus der Entmagnetisierungskurve abgeleitet. Die rote Linie in der Abbildung oben ist die JH-Entmagnetisierungskurve (die Kurve, die die magnetische Polarisation J gegen das angelegte Magnetfeld H aufträgt), auch intrinsische Entmagnetisierungskurve genannt. Die blaue Linie ist die BH-Entmagnetisierungskurve (die Kurve, die die magnetische Induktion B gegen das angelegte Magnetfeld H aufträgt). Kleine Quadrate stellen magnetische Domänen dar. Man kann sich magnetische Domänen als winzige Magnete vorstellen. Ein Magnet besteht aus vielen Domänen. Die Pfeile zeigen die spontane Magnetisierungsrichtung (C-Achse) der Domänen an. Bei einem Permanentmagneten im magnetisch neutralen Zustand (vereinfacht als ungeladener Magnet verstanden) befinden sich die magnetischen Domänen größtenteils im selben Koordinatensystem, ihre Richtungen heben sich jedoch gegenseitig auf, sodass kein sichtbarer Magnetismus vorliegt, wie in Abbildung 1 dargestellt.
Abbildung 1
Wird ein Magnetfeld entlang der Magnetisierungsrichtung angelegt, verschieben und rotieren die magnetischen Domänen allmählich durch die Domänenwände und richten dabei ihre C-Achsen aus, wie in den Abbildungen 2 und 3 dargestellt. Dies ist die Magnetisierungskurve. Die magnetische Polarisationsintensität, die der Sättigungsmagnetisierung entspricht, wird als magnetische Sättigungspolarisationsintensität Js bezeichnet.
Abbildung 2
Abbildung 3
Wenn ein Magnet die Sättigungsmagnetisierung erreicht und das externe Magnetfeld entfernt wird, behält die Mehrheit der magnetischen Domänen ihre Ausrichtung bei. Einige wenige drehen sich leicht, aber die Ausrichtung bleibt unverändert, wie in Abbildung 4 dargestellt. Dies führt dazu, dass sowohl die magnetische Flussdichte als auch die magnetische Polarisation hoch bleiben. Dieser Wert wird als remanente magnetische Flussdichte Br oder remanente magnetische Polarisation Jr bezeichnet. Intuitiv stellt dies die magnetische Flussdichte B oder magnetische Polarisation J dar, die verbleibt, nachdem das externe Magnetfeld vom gesättigten Magneten entfernt wurde. Wenn das externe Magnetfeld H null ist, ist Br = Jr. Br wird häufig verwendet, um das zu beschreiben, was wir allgemein als Remanenz bezeichnen, ausgedrückt in Gs oder T.
Je höher Br, desto größer die erhaltene magnetische Flussdichte und desto größer das Potenzial für ein starkes magnetisches Material.
Abbildung 4
Wenn das angelegte externe Magnetfeld in die entgegengesetzte Richtung zunimmt, verschieben und drehen sich die magnetischen Domänen des Magneten allmählich, wie in Abbildung 5 gezeigt. Wenn die magnetische Feldstärke einen bestimmten Wert erreicht, fällt die magnetische Induktionsintensität (B) des Magneten auf Null. Einfach ausgedrückt heben sich die im Magneten vorhandene magnetische Feldstärke und das externe umgekehrte Magnetfeld gegenseitig auf. Die entsprechende magnetische Feldstärke an diesem Punkt wird als magnetische Koerzitivfeldstärke (Hcb) bezeichnet (auch als bHc geschrieben), mit den Einheiten Oe oder kA/m. Die magnetische Koerzitivfeldstärke (Hcb) hängt eng mit der Steigung der JH-Entmagnetisierungskurve zusammen. Wenn es unwahrscheinlich ist, dass sich die magnetischen Domänen des Magneten kurzfristig verschieben oder drehen, verläuft die JH-Kurve sehr gerade und Hcb nähert sich Br. Die Obergrenze von Hcb ist Br, wobei Hcb = Br. Dies ist die ideale Situation, d. h., es tritt keine Umkehrung der magnetischen Domänen auf, bevor die umgekehrte magnetische Feldstärke Br erreicht. Dies bedeutet, dass der Magnet sehr stabil ist, d. h., dass der Magnet sehr widerstandsfähig gegen Entmagnetisierung ist, wenn die umgekehrte Magnetfeldstärke anfänglich unter Br liegt.
Abbildung 5
Wenn das umgekehrte Magnetfeld weiter zunimmt, erreicht es einen kritischen Wert, wodurch schnell umgekehrte magnetische Domänen entstehen und die magnetische Polarisationsintensität des Magneten schnell auf Null fällt. Einfach ausgedrückt fällt die im Magneten verbleibende magnetische Feldstärke auf Null, wie in Abbildung 6 gezeigt. Die entsprechende magnetische Feldstärke an diesem Punkt wird als intrinsische Koerzitivfeldstärke Hcj (auch als jHc geschrieben) mit der Einheit Oe oder kA/m bezeichnet. Die intrinsische Koerzitivfeldstärke ist eine physikalische Größe, die den Widerstand des Magneten gegen Entmagnetisierung widerspiegelt. Je höher die intrinsische Koerzitivfeldstärke, desto höher der Widerstand gegen Entmagnetisierung oder genauer gesagt, desto höher der Widerstand gegen vollständige Entmagnetisierung. Es ist wichtig, den Unterschied zwischen Hcj und Hcb zu beachten. Wenn Hcj größer als Br ist, ist Br der Grenzwert von Hcb. Wenn Hcj kleiner als Br ist, ist Hcb Hcj der Grenzwert von Hcb.
Abbildung 6
Das Produkt aus B und H, das einem beliebigen Punkt der BH-Entmagnetisierungskurve entspricht, wird als magnetisches Energieprodukt bezeichnet. Der Maximalwert ist das maximale magnetische Energieprodukt (BH)max. Theoretisch ist das maximale magnetische Energieprodukt (BH)max = (½ Br)². Das maximale magnetische Energieprodukt berücksichtigt sowohl Remanenz als auch Koerzitivfeldstärke. Sein Wert stellt die im Magneten enthaltene magnetische Energiemenge dar und spiegelt auch die anfängliche Steigung der JH-Kurve wider. Die Einheit ist GOe oder j/m³.
Falls die oben genannten vier Parameter immer noch schwer verständlich sind, können Sie sich einen Magneten einfach als ein Glas Wasser vorstellen. Magnetisierung ist Erwärmung, Remanenz ist die Wärme des Wassers nach Beendigung der Erwärmung und Entmagnetisierung ist wie Abkühlung des Wassers. Hcb ist der Wert, bei dem die Umgebungstemperatur einen bestimmten Wert erreicht, bei dem die Wärme des Wassers ausgeglichen wird und keine externe Wärme mehr entsteht. Hcj ist die Umgebungstemperatur, die erforderlich ist, um die Wärme des Wassers vollständig auf Null zu reduzieren. Nachfolgend finden Sie ein vereinfachtes Diagramm des zweiten Quadranten der Hystereseschleife, um Ihr Verständnis der relevanten Konzepte zu vertiefen.
In Bezug auf die oben genannten magnetischen Parameter sollten wir bei praktischen Anwendungen auf die folgenden Punkte achten:
1. Bei Magneten, die ein starkes Magnetfeld benötigen, müssen wir im Allgemeinen ihre Remanenz maximieren, um mehr Magnetismus freizusetzen. Dabei ist jedoch zu beachten, dass dies keine Entmagnetisierung voraussetzt. Bei vorhandener Entmagnetisierung kann eine einfache Erhöhung der Remanenz wirkungslos sein. Um die Entmagnetisierung zu reduzieren, ist es außerdem notwendig, Hcj zu erhöhen. Im einfachsten Beispiel eines D10*1-Scheibenmagneten ist der Oberflächenmagnetismus eines 52H-Magneten höher als der eines N52-Magneten. Dies liegt daran, dass der höhere Hcj-Wert eines 52H-Magneten die volle Ausnutzung seines Br ermöglicht, während der niedrigere Hcj-Wert eines N52-Magneten eine Entmagnetisierung verhindert. Daher wird selbst ein höherer Br-Wert seinen Magnetismus nicht voll ausnutzen.
2. Bei Magneten, die eine hohe Entmagnetisierungsbeständigkeit und Stabilität erfordern, müssen wir im Allgemeinen Hcj erhöhen und den Hcb-Wert so nah wie möglich am Br-Wert halten.
3. Bei Magneten, die eine gute Temperaturbeständigkeit erfordern, erhöhen wir üblicherweise den Hcj-Wert. Da sich der Temperaturkoeffizient der Koerzitivfeldstärke von NdFeB-Permanentmagneten mit gleichem Hcj-Wert kaum unterscheidet, führt eine Erhöhung des Hcj-Werts dazu, dass der Wendepunkt der BH-Linie möglichst spät oder gar nicht auftritt. Bei strengen Anforderungen an die Temperaturstabilität müssen auch die Anforderungen an den Hcb-Wert berücksichtigt werden. Versuchen Sie, die Steigung der BH-Linie so weit wie möglich zu reduzieren, um die irreversible Dämpfung des Magneten zu verringern.