Die Anwendungsgebiete von Neodym-Eisen-Bor-Permanentmagneten lassen sich grob in Adsorption, Repulsion, Induktion und elektromagnetische Wandlung unterteilen. Das benötigte Magnetfeld variiert je nach Anwendung.
🔹 Der begrenzte Platz in 3C-Produkten und der gleichzeitig erforderliche Bedarf an hoher Adsorptionsstärke verhindern eine signifikante Vergrößerung der Magnete. Daher ist die Gestaltung des Magnetkreises entscheidend für die Steigerung der Magnetfeldstärke.
🔹 In Anwendungen, die Magnetfeldmessungen erfordern, können zu diffuse Magnetfeldlinien zu Fehlauslösungen von Hall-Sensoren führen. Daher ist eine entsprechende Schaltungsauslegung notwendig, um den Magnetfeldbereich zu kontrollieren.
🔹 Wenn eine Seite des Magneten eine hohe Adsorptionsstärke erfordert, die andere Seite jedoch eine magnetische Abschirmung benötigt, kann eine zu hohe Magnetfeldstärke auf der Abschirmungsseite die Funktion elektronischer Bauteile beeinträchtigen. Die Auslegung magnetischer Schaltungen muss diesem Problem Rechnung tragen.
🔹 Anwendungen, die eine präzise Positionierung, gleichmäßige Magnetfelder usw. erfordern, stellen ebenfalls Herausforderungen dar.
In all diesen Fällen reicht ein einzelner Magnet nicht aus. Zudem beeinflussen die hohen Preise für Seltenerdelemente die Produktkosten aufgrund der benötigten Größe und Anzahl der Magnete erheblich. Daher kann die Struktur des Magnetkreises, unter Berücksichtigung der Adsorptionsanforderungen oder des ordnungsgemäßen Betriebs, an verschiedene Anwendungsszenarien angepasst werden, wodurch gleichzeitig die Anzahl der verwendeten Magnete reduziert und somit die Kosten gesenkt werden.
Gängige Magnetkreise lassen sich grob in folgende Kategorien einteilen: Halbach-Arrays, Multipol-Magnetkreise, fokussierte Magnetkreise, Kreise mit zusätzlichen magnetischen Materialien, flexible Übertragungssysteme, einseitige Magnete und magnetische Fokussierungsstrukturen. Jede dieser Kategorien wird im Folgenden detailliert vorgestellt:
HALBACH-ARRAY
Dies ist eine ingenieurtechnisch ideale Struktur, die darauf abzielt, mit minimalem Magnetaufwand ein maximales Magnetfeld zu erzeugen. Dank der speziellen Magnetkreisstruktur des HALBACH-ARRAYS zirkuliert der Großteil der Magnetfeldlinien innerhalb der magnetischen Bauteile. Dadurch wird der Streufluss reduziert und eine magnetische Konzentration erreicht. Dies ermöglicht eine Selbstabschirmung in den Nicht-Arbeitsbereichen. Mit einem optimierten toroidalen Magnetkreisdesign des HALBACH-ARRAYS lässt sich in den Nicht-Arbeitsbereichen eine Abschirmung von mindestens 100% erzielen. Wie in der Abbildung dargestellt, verlaufen die Magnetfeldlinien in einem herkömmlichen Magnetkreis symmetrisch divergent, während sie im HALBACH-ARRAY größtenteils im Arbeitsbereich konzentriert sind, wodurch die magnetische Anziehungskraft erhöht wird.
Links: Konventioneller Magnetkreis Rechts: HALBACH-ANLAGE
Multipol-Magnetkreise
Multipolmagnetkreise nutzen die Eigenschaft von Magnetfeldlinien, sich bevorzugt zum nächstgelegenen entgegengesetzten Pol zu vereinen und so eine magnetische Schleife zu bilden. Im Vergleich zu herkömmlichen Monopolmagneten sind die Magnetfeldlinien in Multipolmagnetkreisen stärker auf der Oberfläche konzentriert, insbesondere bei einer höheren Polzahl. Es gibt zwei Arten von Multipolmagnetkreisen: Zum einen wird ein einzelner Magnet mit mehreren Polen verwendet, zum anderen mehrere Monopolmagnete, die miteinander verbunden sind. Der Unterschied zwischen diesen beiden Methoden liegt in den Kosten; ihre Funktion ist dieselbe. Multipolmagnetkreise bieten einen deutlichen Vorteil beim Anziehen von Objekten mit geringen Abständen.
Fokussierter Magnetkreis
Ein fokussierter Magnetkreis nutzt einen speziellen Magnetpfad, um das Magnetfeld auf einen kleinen Bereich zu konzentrieren, wodurch das Magnetfeld in diesem Bereich sehr stark wird und sogar 1 Tesla erreichen kann. Dies ist sehr hilfreich für eine präzise Positionierung und lokale Induktion.
Magnetische Materialien
Magnetische Werkstoffe nutzen das Prinzip, dass Magnetfeldkreise bevorzugt den Weg des geringsten magnetischen Widerstands wählen. Durch die Verwendung von Materialien mit hoher Permeabilität (z. B. SUS430, SPCC, DT4) im Magnetkreis lässt sich die Richtung des Magnetfelds gezielt steuern, wodurch lokale magnetische Konzentration und magnetische Isolation erreicht werden.
Links: Konventioneller Magnetkreis. Rechts: Magnetkreis nach Hinzufügen von magnetischem Material.
Magnetkreis nach Zugabe von magnetischem Material 2
Flexibles Getriebe
Flexible Kraftübertragung zeichnet sich durch berührungslose, flexible Kraftübertragung aus, die durch die Anziehungs- und Abstoßungskräfte von Magneten erreicht wird. Sie ist klein, einfach aufgebaut und ihr Drehmoment lässt sich durch das Magnetvolumen und die Luftspaltgröße variieren, wodurch ein großer Einstellbereich entsteht.
Einseitiger Magnetismus
Einseitiger Magnetismus zeichnet sich dadurch aus, dass eine Seite der Magnetpolarität abgeschirmt wird, während die andere erhalten bleibt. Die direkte Anziehung ist stark, die magnetische Kraft nimmt jedoch mit zunehmender Entfernung deutlich ab.
Magnetische Konzentrationsstruktur
Diese Struktur besteht aus Magneten und einem Eisenjoch mit entgegengesetzter Polarität. Mit zunehmendem Verhältnis von Magnetdicke zu Jochdicke verringert sich bei dickerem Joch die Divergenz der magnetischen Feldlinien. Magnetische Konzentrationsstrukturen lassen sich flexibel an die Größe des Luftspalts anpassen, um optimale Ergebnisse zu erzielen. Dadurch werden Magnete eingespart und eine gleichmäßige Magnetfeldverteilung entlang des Jochs erreicht. Der Nachteil sind jedoch die höheren Montagekosten.
Dailymag UUnterwasser-Ankermagnete Ist Fokussierter Magnetkreis
