Remanenz, Koerzitivfeldstärke, intrinsische Koerzitivfeldstärke und maximales magnetisches Energieprodukt sind die vier gängigsten Parameter zur Messung der Leistungsfähigkeit magnetischer Materialien. Darüber hinaus werden bei fertigen Magneten häufig zwei weitere Parameter beobachtet: Oberflächenmagnetismus und magnetischer Fluss (auch magnetischer Fluss genannt).
Oberflächenmagnetismus
Unter Oberflächenmagnetismus versteht man vereinfacht die magnetische Induktionsstärke einer Oberfläche. Diese ist definiert als der magnetische Fluss, der durch eine Flächeneinheit fließt. Daher wird sie auch Oberflächenflussdichte genannt. Die Einheit ist Gauss Gs oder Tesla T. Als Messgerät dient ein Gaussmeter oder ein Prüfgerät mit Hall-Chip.
Oberflächenmagnetismus bezieht sich auf einen Messpunkt bzw. einen Wert eines kleinen Messbereichs. Da die Magnetfeldverteilung eines Magneten variabel ist, ist der Oberflächenmagnetismus an verschiedenen Punkten im Allgemeinen unterschiedlich. Für Anwendungsbereiche, die die Nutzung räumlicher Magnetfelder erfordern, wird der Oberflächenmagnetismus bzw. die magnetische Induktionsintensität eines bestimmten Punktes üblicherweise als wichtige technische Anforderung angesehen.
Magnetfeld-Simulationsdiagramm
Der Oberflächenmagnetismus hängt mit dem Längenverhältnis des Magneten zusammen (dem Verhältnis von Höhe zu Durchmesser des Magneten, wobei die Höhe bzw. Dicke als Magnetisierungsrichtung des Magneten angenommen wird). Je größer das Längenverhältnis, desto höher der Oberflächenmagnetismus. Das heißt, je größer die Oberfläche senkrecht zur Magnetisierungsrichtung, desto geringer der Oberflächenmagnetismus; je größer die Fläche in Magnetisierungsrichtung, desto höher der Oberflächenmagnetismus. Darüber hinaus unterscheiden sich die Hall-Elemente der Gaussmeter verschiedener Hersteller, und auch der für denselben Magneten gemessene Oberflächenmagnetismus ist leicht unterschiedlich.
Magnetischer Fluss Φ
Die Definition des magnetischen Flusses ist die Anzahl der magnetischen Kraftlinien, die senkrecht durch einen bestimmten Bereich verlaufen. Wir verstehen ihn einfach als eine physikalische Größe, die die gesamte magnetische Stärke misst. Die Einheit ist Wb, ausgedrückt durch Φ, Φ=B×S. B steht für die magnetische Induktionsstärke, S für die magnetische Polfläche. Das heißt, die Stärke des magnetischen Flusses hängt von der magnetischen Polfläche und der magnetischen Induktionsstärke ab.
Das Instrument zur Messung des magnetischen Flusses ist ein Flussmesser. Mit der Helmholtz-Spule kann nicht nur der magnetische Fluss gemessen, sondern auch dessen magnetisches Moment berechnet werden, da sich der Messwert des magnetischen Flusses mit den Parametern des Flussmessers und der Helmholtz-Spule ändert. Magnetischer Fluss und magnetisches Moment ähneln eher dem Unterschied zwischen Gewicht und Masse. Das Gewicht wird durch die Gravitationskonstante beeinflusst. Das Gewicht desselben Objekts auf der Erde und dem Mars ist unterschiedlich, die Masse jedoch gleich. Beeinflusst durch die Anzahl der Windungen der Spule kann der magnetische Fluss desselben Magneten, gemessen mit verschiedenen Flussmessern und Spulen, unterschiedlich sein, das magnetische Moment muss jedoch gleich sein.
Wenn sich der Magnet in einem offenen Stromkreiszustand befindet, kann der tatsächliche Restmagnetismuswert Bdi (auch intrinsische magnetische Flussdichte genannt), der dem Arbeitspunkt entspricht, durch Umrechnung des magnetischen Flusses in ein magnetisches Moment berechnet werden, Bdi=Φ*Spulenkonstante/Magnetvolumen.
Remanenter Magnetismus, Oberflächenmagnetismus und magnetischer Fluss sind drei Begriffe, die leicht verwechselt werden können. Hier eine Erklärung:
Remanenter Magnetismus ist die wesentliche Eigenschaft des Materials. Unter der Voraussetzung, dass keine Selbstentmagnetisierung stattfindet, bleibt der Restmagnetismus eines Magneten unverändert. Er wird durch die Rohstoffformel und den Herstellungsprozess des Produkts bestimmt. Der Test wird in einem vollständig geschlossenen Kreislauf durchgeführt.
Oberflächenmagnetismus ist der Wert der magnetischen Induktionsintensität der gemessenen Position (eines kleinen Bereichs), wenn sich der Magnet oder das magnetische Bauteil in einem offenen oder halboffenen Zustand befindet. Oberflächenmagnetismus ist ein Richtungsvektor. Die Oberflächenmagnetdaten verschiedener Magnetoberflächen variieren stark. Üblicherweise wird vom Oberflächenmagnetismus senkrecht zur Magnetpoloberfläche gesprochen. Der Oberflächenmagnetismus eines einzelnen Magneten beträgt bis zur Hälfte des Remanenzmagnetismus. Beachten Sie, dass es sich um einen „Einzelmagneten“ handelt. Bei einigen magnetischen Bauteilen und Magnetanordnungen kann der Oberflächenmagnetismus des Magneten durch spezielle Magnetkreiskonstruktionen verbessert werden, sodass sein Wert den Remanenzmagnetismus sogar übersteigen kann.
Der magnetische Fluss ist die magnetische Stärke des gesamten Magneten, gemessen mit der Spulentestmethode. Magnetische Komponenten eignen sich üblicherweise nicht zur Messung des magnetischen Flusses. Der magnetische Fluss unterliegt zudem einer vorgegebenen Richtung. Selbstverständlich kann der Gesamtmagnetfluss auch mit einer dreidimensionalen Helmholtz-Spule gemessen werden. Bei der Messung von Oberflächenmagnetismus und magnetischem Fluss ist besonders auf die Messrichtung zu achten.
Erweitertes Wissen – Magnetkreis
Ein Magnetkreis bezeichnet eine Komponente mit einem spezifischen Arbeitsluftspaltmagnetfeld, das durch die Kombination eines oder mehrerer Permanentmagnete und magnetisch leitfähiger Materialien in einer bestimmten Form und Größe gebildet wird. Magnetisch leitfähige Materialien steuern die Flussrichtung des Magnetflusses, erhöhen die lokale magnetische Induktionsintensität, verhindern oder reduzieren Leckagen und verbessern die mechanische Festigkeit der gesamten Komponente im Magnetkreis.
Der magnetische Zustand eines völlig unabhängigen Einzelmagneten (ohne magnetisch leitfähige Materialien und andere permanentmagnetische Materialien zur Richtungsänderung des Magnetkreises) wird üblicherweise als Leerlauf bezeichnet. Das typischste Beispiel ist die Platzierung eines Magneten auf einer Plattform ohne jegliche magnetische Anziehungskraft, ohne magnetisch leitfähige Materialien oder andere Magnete in der Umgebung. In diesem Fall befindet sich der Magnet im Leerlauf.
Wenn der magnetische Pfad eines Magneten vollständig in einem eingebauten Raum gesperrt ist und keinen Magnetismus nach außen zeigt, befindet sich der Magnet in einem geschlossenen Kreislauf. Das typischste Beispiel ist ein Magnet, der die Entmagnetisierungskurve misst und nach außen nahezu keinen Magnetismus zeigt.
Mit Ausnahme der Zustände „offener Stromkreis“ und „geschlossener Stromkreis“ kann der Rest als „halboffener Stromkreis“ bezeichnet werden.