Постоянный магнит как сделать: Из чего можно изготовить постоянный магнит. Изготовление магнита в домашних условиях — Антемион

Содержание

Из чего можно изготовить постоянный магнит. Изготовление магнита в домашних условиях

Такое устройство удобно тем, что его работой легко управлять при помощи эл/тока – менять полюса, силу притяжения. В некоторых вопросах оно становится поистине незаменимым, а часто используется как конструктивный элемент различных самоделок. Своими руками сделать простой электромагнит несложно, тем более что практически все необходимое можно найти в каждом доме.

Любой подходящий образец из железа (оно хорошо магнитится). Это будет сердечник электромагнита.
Проволока – медная, обязательно с изоляцией, чтобы предотвратить прямой контакт двух металлов. Для самодельного эл/магнита рекомендуемое сечение – 0,5 (но не более 1,0).
Источник постоянного тока – батарейка, АКБ, БП.

Дополнительно:

Соединительные провода для подключения электромагнита.
Паяльник или изолента для фиксации контактов.

Это общая рекомендация, так как электромагнит изготавливается с определенной целью.

Исходя из этого, и подбираются составные части схемы. А если он делается в домашних условиях, то какого-то стандарта и быть не может – подойдет все, что есть под рукой. Например, применительно к первому пункту в качестве сердечника нередко используют гвоздь, дужку замка, отрезок железного стержня – выбор вариантов огромный.

Порядок изготовления

Обмотка

Медный провод аккуратно, виток за витком, накручивается на сердечник. При такой скрупулезности КПД электромагнита будет максимально возможным. После первого «прохода» по железному образцу проволока укладывается вторым слоем, иногда и третьим. Это зависит от того, какая мощность устройства требуется. Но направление намотки должно быть неизменным, иначе произойдет «разбалансировка» магнитного поля, и электромагнит вряд ли что-то сможет притянуть к себе.

Чтобы понять смысл протекающих процессов, достаточно вспомнить уроки физики из курса средней школы – движущиеся электроны, создаваемое ими ЭМП, направление его вращения.

После окончания намотки проволока обрезается так, чтобы выводы было удобно подключить к источнику питания. Если это батарейка – то напрямую. При использовании БП, аккумулятора или иного прибора понадобятся соединительные провода.

Что учесть

С количеством слоев есть определенные сложности.

С увеличением витков повышается реактивное сопротивление. Значит, сила тока начнет снижаться, а притяжение станет более слабым.
С другой стороны, повышение номинала тока вызовет нагрев обмотки.

Именно поэтому ориентироваться на сторонние советы «бывалых и повидавших» не стоит. Есть конкретный сердечник (со своей магнитной проводимостью, размерами, сечением), проволока и источник питания. Поэтому придется экспериментировать, добиваясь оптимального сочетания таких параметров, как ток, сопротивление и температура.

Подробно принцип действия работы электромагнита описан в следующем видео:

Подключение

Зачистка выводов «медяшки». Проволока изначально покрыта несколькими слоями лака (в зависимости от марки), а он, как известно – изолятор.
Спаивание медного и соединительного проводов. Хотя это и непринципиально – можно сделать скрутку, изолировав ее или клейкой лентой.
Фиксация вторых концов проводов на зажимах. Например, типа «крокодил». Такие съемные контакты позволят легко менять полюса электромагнита, если это понадобится в процессе его применения.

Для изготовления мощного электромагнита домашние умельцы нередко используют катушку от МП (магнитного пускателя), реле, контакторов. Они есть и на 220, и на 380 В.

Железный сердечник подобрать по ее внутреннему сечению несложно. Для удобства управления в схему нужно включить реостат (переменное сопротивление). Соответственно, такой эл/магнит подключается уже к розетке. Сила притяжения регулируется изменением R цепи.

Можно повысить мощность электромагнита за счет увеличения сечения сердечника. Но только до определенных пределов. И здесь придется экспериментировать.

Прежде чем делать эл/магнит, необходимо убедиться, что выбранный образец железа для этого подходит. Проверка достаточно простая. Берется обычный магнитик; в доме много чего есть на таких «присосках». Если он притянет подобранную для сердечника деталь, можно использовать. При отрицательном или «слабом» результате лучше поискать другой образец.

Сделать электромагнит достаточно просто. Все остальное зависит от терпения и сообразительности мастера. Возможно, чтобы получить то, что нужно, придется поэкспериментировать – с напряжением питания, сечением проволоки и так далее. Любая самоделка требует не только творческого подхода, но и времени. Если его не пожалеть, то отличный результат обеспечен.

Для многих людей магнит до сих пор является загадкой, хотя с данным металлом и явлением в принципе, люди познакомилась очень давно. Уже тогда была разработана целая система по изготовлению различных магнитов. Сегодня же это далеко не редкость и даже мощные магниты можно сделать в домашних условиях.

Создание магнита с подручных средств

Конечно, для многих это покажется даже чем-то сверхъестественным и возможно даже будет шоком, но даже сейчас, сидя дома, большинство людей могут изготовить магнит своими руками. Ниже представлено четыре способа, в которых описано, как сделать мощный магнит в домашних условиях.

Способ №1

Первый и наверняка поэтому самый простой способ: для его осуществления нужно лишь взять любой предмет, который можно намагнитить (предмет должен быть металлическим) и провести им несколько раз вдоль постоянного магнита, причем делать это следует только в одном направлении. Но, к сожалению, такой магнит будет недолговечным и очень быстро потеряет свои магнитные свойства.

Способ №2

Данный метод намагничивания производится с помощью батарейки или аккумулятора на 5 или 12 вольт. Чаще всего он применятся для намагничивания отверток и выполняется следующим образом:

Берется медная проволока определенной длины, которой будет достаточно для того, чтобы обмотать стержень отвертки 280 — 350 раз. Лучше всего подходит проволока из трансформаторов, или та, что предназначена для их производства.
Изолируется предмет, в данном случае, при помощи изоленты выполняется обмотка всего стержня отвертки.

Выполняется сама обмотка и подключение ее к батарее. Один конец — к плюсу, другой – к минусу. Обмотку следует проводить виток к витку, равномерно. Изоляция также должна быть плотной.

В результате данных манипуляций, с отверткой будет намного приятнее работать. Такой операцией можно превратить любые старые ненужные отвертки в действительно удобный инструмент.

Способ №3

Этот вариант описывает то, как сделать мощный магнит довольно простым способом. На самом деле он полностью уже был описан выше, но конкретно этот способ подразумевает под собой другой материал. В данном случае будет использоваться обычный металл, а точнее небольшой кусок из него, желательно кубической формы и более мощная катушка. Теперь количество витков нужно увеличить в 2-3 раза, чтобы намагничивание прошло успешно.

Способ №4

Этот метод очень опасен и категорически запрещен для исполнения людьми, не являющимися профессионалами в сфере электрики. Выполняется строго с соблюдением техники безопасности, главное помнить, что ответственность за жизнь и здоровье несете только Вы и никто больше.

Он рассказывает о том, как сделать сильный магнит в домашних условиях, при этом затратив небольшую сумму денег. В этом случае будет использоваться еще более мощная катушка, намотанная исключительно из меди, а также плавкий предохранитель для сети в 220 вольт.

Предохранитель нужен для того, чтобы катушку можно было вовремя отключить. Сразу же после подключения в сеть он сгорит, но при этом за такой промежуток времени успеет пройти процесс намагничивания. Сила тока в таком случае будет максимальной для сети и магнит будет достаточно мощным.

Мощный электромагнит своими руками

Во-первых, нужно разобраться с тем, что это такое. Электромагнит представляет из себя целое устройство, которое при подаче на него определенного тока, работает как обычный магнит.

Сразу же после прекращения он теряет эти свойства. О том, как сделать мощный магнит из обычной катушки и железа было описано выше. Так вот, если вместо железа использовать магнитопровод, то как раз и получится тот самый электромагнит.

Для того, чтобы разобраться с тем, как сделать сильный магнит в домашних условиях, который будет работать от сети, нужно всего лишь вспомнить немного информации из курса школьной физики и понять, что при увеличении катушки, а также магнитопровода, возрастет и мощность магнита. Но при этом потребуется больше тока, для раскрытия полного потенциала магнита.

Но самыми мощными все же остаются именно неодимовые, они обладают всеми самыми желанными свойствами и при своей силе имеют небольшой размер и вес. О том, как делать неодимовые магниты собственными руками и возможно ли это вообще и пойдет речь дальше.

Изготовление неодимового магнита

Из-за сложного состава и специальной методики производства, вопрос о том, как сделать неодимовый магнит своими руками в домашних условиях отпадает сам собой. Но многих все же интересует, как делать неодимовые магниты, ведь, казалось бы, если можно сделать обычный магнит, то и неодимовый также вполне реально изготовить.

Но все не так просто, как кажется в действительности. Производством таких магнитов занимаются серьезные компании, они используют специальные технологии очень мощного намагничивания материала. И это помимо того, что используется достаточно сложный в добыче и производстве сплав. Поэтому на данный вопрос можно четко ответить – никак. Если у кого-то получится это сделать, то он с легкостью сможет открыть свое производство, так как необходимое оборудование у него уже будет.

Применение созданных магнитов

Применение в промышленно-хозяйственных целях

Применяются в различных электроприборах. Особенно часто встречаются в устройствах, оборудованных динамиками. Любая динамическая головка включает в себя магнит, ферритовый или неодимовый, в редких случаях используются и другие. Также используются магниты в мебельном производстве, игрушках. На производствах, при фильтрации сыпучих материалов.

Применение в домашних условиях

Магниты на холодильник – это одно из самых распространенных направлений применения магнитов. Также некоторые используют их для остановки счетчиков, для того чтобы снизить плату на коммунальные услуги, но делать так категорически запрещено, да и нецелесообразно.

Заключение

Исходя из этой статьи можно понять то, как сделать мощный магнит в домашних условиях, при этом не затратив на это каких-то особых усилий и материальных средств. Но не стоит экспериментировать с мощной сетью людям, которые не разбираются в электричестве и вообще не имеют представления о том, как это работает, потому как это серьезно и очень опасно для жизни человека.

Магниты делятся на несколько видов: постоянные, электро- и временные. Они отличаются между собой характеристиками, долговечностью и особенностью эксплуатации.

Постоянные магниты

Наибольшую популярность получили постоянные магниты — именно их мы подразумеваем, говоря о магнитах вообще.

Главная их особенность в том, что они сохраняют свой магнитный заряд на протяжении долгого времени. Как долго и с какой силой прослужит этот элемент, зависит от того, из чего сделан магнит.

Самые мощные магниты — неодимовые

Их изготавливают из разных сплавов металлов:

Неодима, бора и железа. Такие элементы называют супермагнитами , поскольку они долго сохраняют эксплуатационные характеристики и размагничиваются со скоростью 1-2% за 100 лет. Размагнитить неодим почти невозможно.
Самария и кобальта — за счет устойчивости к агрессивной среде и воздействию высоких температур, активно используется в военной промышленности. По своим эксплуатационным особенностям похож на неодимовые аналоги.
Альнико — сплав алюминия, кобальта и никеля. Легкий и термоустойчивый материал, но быстро размагничивающийся под действием другого магнитного поля.
Магнитопласты — состоят из полимеров, магнитного порошка и всевозможных добавок. В отличие от всех остальных видов, эти магниты легко поддаются обработке, пластичны и эластичны. Благодаря этому из них создают изделия сложной формы и экспериментируют с расположением полюсов. Мощность таких элементов зависит от количества магнитного порошка в составе магнитной смеси, которая может достигать 94% от массы готового изделия.
Ферриты — сплав железа с другими металлами. Наиболее распространенный вид, так как недорог в производстве и имеет широкую сферу эксплуатации, однако при воздействии высоких температур довольно быстро теряет свои свойства.

Особую популярность в последнее время приобретают неодимовые магниты, поскольку они в разы превосходят стандартные ферритовые по своим возможностям. Многие интересуются, из чего делают неодимовые магниты, чтобы воспроизвести их в домашних условиях. Но без специального оборудования и знаний это невозможно.

Временные магниты

Еще один интересный вопрос — из чего делают временный магнит. Для этого используют любой металлический предмет. Например, скрепку, ножницы, отвертку и др. Если ненадолго поднести его к источнику мощного магнитного поля или другому сильному магниту, то эта металлическая деталь временно переймет его магнитные свойства.

Но выходя из-под действия этого поля, свойства мгновенно теряются. Такие элементы активно используются в электромеханике и автомобилестроении.

Электромагниты

В отличие от постоянных, имеют магнитное поле только при прохождении через них электричества. Такие магниты изготавливают из металлической заготовки. Подойдет любой образец железа или его сплавы, которые хорошо магнитятся — он выступает в роли сердечника. Проверить железный кусок на возможность выступить в роли источника электромагнитного поля просто — используйте стандартный магнитик с холодильника. Если он притягивается к железяке, то она подходит на роль сердечника. Этот брусок обматывают медной проволокой, изолировав предварительно один металл от другого, а потом подключается источник тока. Электромагниты легко сделать самостоятельно, следуя простой инструкции.

Самый простой электромагнит делается за 5 минут из гвоздя, проволоки и батарейки

В отличие от всех остальных видов, электромагниты меняют характеристики под воздействием электрического тока — регулируется мощность устройства, направление полюсов.

Его используют в электроустройствах, в моторах и генераторах, в промышленности при транспортировке металлических грузов. А народные умельцы создают множество вариантов самодельных конструкций.

Сделать магнит своими руками довольно просто, при этом такое занятие принесет массу удовольствия вам и вашим детям — творчество отлично развивает фантазию и мелкую моторику. Возможно, со временем это занятие станет вашим хобби и даже дополнительным источником заработка.

Для того чтобы сделать украшение на холодильник, вам нужно сначала определиться с его функциональностью: будет ли это держатель для записок, календарик, магнит-игрушка или просто картинка.

Небольшие магниты, клей ПВА, ножницы и суперклей – вот нехитрый набор, который лежит в основе изготовления магнитов любой сложности.

Самый простой вариант – приклеить полюбившееся мини-изображение на плотный картон и на его заднюю часть прикрепить магнитик. Довольно красиво выглядят морские камни, вскрытые лаком. кстати, выглядят очень красиво. К ним нужно просто прикрепить магнит – украшение на холодильник готово.

Как вариант, можно использовать соленое тесто. По консистенции оно напоминает пластилин, из него можно лепить какие угодно фигурки, которые потом можно разукрасить красками и также покрыть лаком.

Необычно выглядят магниты, выполненные из пробок от винных бутылок. Чтоб сделать такое чудо вам понадобятся собственно пробки, немного земли и крохотные растения, магниты, нож, отвертка и термоклеевой пистолет.

В пробке ножом нужно проделать отверстие, удалив лишнее, наполнить пустоты землей и посадить растения. При помощи термоклея приклеить магнитную ленту. Не забывайте регулярно поливать свою микро-оранжерею.

Оригинально смотрятся магниты на холодильник, сделанные из полимерной глины. Для этого кроме глины понадобятся: скалка, формочки для выпечки, наждачная бумага, штампы и подушечка с чернилами, магниты и термоклеевой пистолет.

Полимерную глину раскатываем скалкой до толщины 5 см, наносим узоры при помощи штампов и разрезаем формочками для выпечки на разные интересные фигурки. Глина будет сохнуть примерно сутки, после чего нужно наждачкой счистить неровности и приклеить магниты.

Магниты для штор своими руками

Если хотите добавить в свой дом уют и красоту, нужно срочно узнать, как делают магниты для штор своими руками. Такая деталь интерьера несет не только декоративную функцию, но и является вполне практичной вещью.

Изготовление такого магнита практически ничем не отличается от тех, что крепятся на холодильник. Две половинки его нужно соединить между собой веревочкой или лентой. Чтоб прикрепить такое украшение к шторам, нужно присобрать ткань и защепить ее половинками магнита с двух сторон.

Человек впервые познакомился с магнитом еще в древности. Однако очень быстро этот естественный камень перестал удовлетворять потребности людей. Именно тогда и была разработана технология изготовления магнитов. Конечно, с тех пор прошло много времени. Технология значительно изменилась, и теперь появилась возможность изготовить магнит в домашних условиях. Для этого не нужно обладать особенными навыками и знаниями. Достаточно иметь под рукой все необходимые материалы и инструменты. Итак, изготовление магнита выглядит следующим образом.

Магнитомягкие материалы

Все материалы, способные к намагничиванию, можно разделить на магнитомягкие и магнитотвердые. Между ними существует значительная разница. Так, магнитомягкие материалы сохраняют магнитные свойства недолго.

Можно провести эксперимент: проведите несколько раз по сильному магниту железным брусочкам. В результате материал приобретет свойства притягивать другие металлические предметы. Однако изготовление обладающего этими способностями, в данном случае невозможно.

Магнитотвердые материалы

Подобные материалы получаются в результате намагничивания обычного куска железа. В данном случае свойства сохраняются значительно дольше. Однако они полностью исчезают при ударе предмета о достаточно твердую поверхность. Также разрушаются, если нагреть материал до 60 градусов.

Что понадобится

В заключение

Изготовление постоянных магнитов в домашних условиях — процесс достаточно простой. Однако при использовании определенных схем следует соблюдать аккуратность.

Самым мощным из постоянных магнитов считается неодимовый. Изготовить его в домашних условиях можно, однако для этого требуется заготовка из редкоземельного металла — неодима. Помимо этого, применяют сплав бора и железа. Такая заготовка намагничивается в магнитном поле. Стоит отметить, что такое изделие обладает огромной силой и теряет только 1 процент своих свойств в течение ста лет.

Создание вечного двигателя на неодимовых магнитах

Неодимовый магнит — мощный постоянный магнит, состоящий из сплава редкоземельного элемента неодима, бора и железа.

Кто из нас в детстве не пытался или хотя бы не размышлял о том, чтобы построить вечный двигатель на постоянных магнитах? Казалось бы, если магниты отталкиваются друг от друга одноименными полюсами, то, наверное, можно найти такую конфигурацию магнитов, когда отталкивание станет действовать непрерывно, и сможет, например, вращать ротор «вечного» двигателя.

Однако, стоило нам попробовать реализовать эту идею практически, как тут же выяснялось, что в реальности ротор все равно находит такое положение, в котором останавливается. Словно ротор и вращался лишь для того, чтобы в конце концов найти эту точку и остановиться в ней. То есть неизбежно наступало устойчивое равновесие ротора.

Стремление термодинамических систем к равновесию

И это вовсе не удивительно, ведь ученым давно известно, что термодинамические системы стремятся к равновесию, и в конце концов пребывают в устойчивом равновесии (статическом или динамическом).

Из механики мы знаем, что тело покоится либо движется равномерно и прямолинейно, если на него не действуют никакие внешние силы, либо если действие этих внешних сил на тело скомпенсировано, то есть суммарная сила равна нулю (результирующее внешнее воздействие отсутствует).

Как вы понимаете, принцип стремления термодинамических систем к равновесию относится и к чисто механическим системам. Так, если система изначально пребывает в устойчивом равновесии (и конструкция с постоянными неодимовыми магнитами не является исключением), то при воздействии на такую конструкцию внешнего фактора, выводящего систему из равновесия, неизбежно возникнет реакция со стороны данной системы.

Это значит, что в системе начнут усиливаться процессы, стремящиеся уменьшить влияние внешнего фактора, который систему из равновесия вывел (Принцип Ле Шателье — Брауна).

Модель магнитного генератора индийского блогера с канала Creative Think:

Чтобы вызвать стремление к равновесию, необходимо создать условия не равновесия

Известный пример из электродинамики — правило Ленца. Если бы правило Ленца не работало, то электродвигатели не могли бы функционировать.

В электродвигателе электрический ток создает магнитное поле, которое заставляют ротор непрерывно искать равновесие, и чтобы ротор не останавливался, магнитное поле все время действует таким образом, что вынуждает ротор (даже под механической нагрузкой) постоянно догонять точку, в которой должно будет наступить равновесие.

Но при этом электрическим полем, действующим в проводниках, совершается работа, то есть расходуется энергия источника, ведь в двигателе есть как минимум трение вала о подшипники, на преодоление которого, даже если ротор не нагружен и двигатель работает вхолостую, требуется работа, то есть расход энергии.

Если бы трения (даже о воздух) не было, и вал не был бы нагружен, то ротор бы вращался очень долго, например в полном вакууме в отсутствие силы притяжения к Земле. Но тогда никакая работа этим ротором бы уже не совершалась, и это был бы уже не двигатель, а вращающийся без сопротивления кусок металла.

Вернемся теперь к постоянным магнитам. Для системы с постоянными магнитами предсказать направление протекания процесса уравновешивающей реакции несложно.

Так, еще в 90-е годы японский экспериментатор Кохеи Минато исследовал возможность создания непрерывного вращения используя постоянные магниты на роторе и статоре своего мотора. В конце концов он был вынужден также создавать изменяющееся магнитное поле, которое заставляло бы ротор искать равновесие.

Минато демонстрировал, как приближая или отдаляя постоянный магнит, можно вынудить ротор с постоянными магнитами вращаться. Но в итоге он просто дошел в экспериментах до двигателя с постоянными магнитами на роторе.

Никакого вечного двигателя не получилось. На изменение внешнего магнитного поля, от которого бы отталкивался ротор с магнитами, требуется энергия извне. То есть, для создания условий, в которых ротор с магнитами будет искать равновесие, необходимо параллельно совершать работу.

Еще одна модель магнитного генератора с Интернета:

Динамическое равновесие при низкотемпературной сверхпроводимости как частный случай

Рассмотрим крайний случай. Многие знают, что свинцовая катушка с током, помещенная в жидкий гелий, способна поддерживать ток (и магнитное поле тока) на протяжении многих лет, поскольку сопротивление проводника исчезает.

Почему сопротивление исчезает? Потому что колебания атомов в металле, обуславливающие электрическое сопротивление металла, прекращаются при критической температуре. Две такие катушки будут вести себя по отношению друг к другу как постоянные магниты. Но опять же, они найдут устойчивое равновесие и остановятся.

Движения под действием силы не будет, то есть двигателя совершающего работу не получится. Движущиеся в сверхпроводнике электроны также работы не совершают, хотя и пребывают в устойчивом динамическом равновесии.

Чтобы двигатель совершал работу — он обязан расходовать энергию, но откуда ей взяться?

Допустим, что двигатель на постоянных магнитах реально возможен. Тогда для совершения механической работы, то есть на перемещение какого-нибудь объекта под действием силы со стороны вала такого двигателя (даже на преодоление силы трения при вращении ротора вхолостую), необходимо преобразование некой энергии внутри двигателя.

А что это за энергия, если не энергия постоянных магнитов или не энергия подводимая извне? Раз по условию задачи энергия извне не подводится, значит остается энергия постоянных магнитов.

Однако, будучи просто расположены на роторе и статоре, магниты энергию не отдадут. Чтобы заставить магнит размагничиваться, необходимо совершить работу, то есть опять же подвести к устройству энергию извне. Остается делать выводы…

Ранее ЭлектроВести писали, что французский автопроизводитель Citroen официально представил обновленный кросс-хэтчбек C4, включая его электрическую версию Citroen ë-C4. Покупатель сможет выбрать бензиновый двигатель мощностью 100-155 л.с., дизельный двигатель мощностью 110-130 л.с. или электрическую установку мощностью 100 кВт (136 л.с.).

По материалам: electrik.info.

Сила и слабость постоянных магнитов — Энергетика и промышленность России — № 7 (59) июль 2005 года — WWW.EPRUSSIA.RU

Газета «Энергетика и промышленность России» | № 7 (59) июль 2005 года

Поскольку электрический ток (его свойства) – следствие движения электрических зарядов, а последние перемещаются относительно других неподвижных зарядов, возникают различные электрические взаимодействия.

Что же следует понимать под «чистым» электрическим током?

Чистым или нейтральным током можно, по всей видимости, назвать ситуацию, когда имеются условно удаленные от других заряды, состоящие из равного количества отрицательно и положительно заряженных частиц, одни из которых двигаются относительно других в преобладающем направлении. Именно взаимное движение зарядов противоположного знака друг относительно друга – и есть нейтральный ток. Другие варианты движения зарядов, допустим, с преобладанием зарядов одного знака, будут в своем роде производными от нейтрального тока и соответственно иметь некоторые особенности электрических взаимодействий.

Во многих ситуациях мы имеем дело далеко не с нейтральными токами, поскольку существуют как неравномерное распределение зарядов по длине проводников с током, так и скачки напряженности электрического поля на некоторых границах проводников (наличие вызывающего ток ЭДС и т. п.). Поэтому для изучения свойств нейтрального тока следует пользоваться либо кольцевым сверхпроводником с током, либо постоянными магнитами, которые в данном случае условно можно рассматривать как систему с кольцевым нейтральным током.

Кольцевые токи магнитов

Рассматривая постоянные магниты, как кольцевые нейтральные токи, можно сделать некоторые общие замечания. Электрический кольцевой ток поддерживается без внешней подпитки достаточно длительное время. Процесс протекания нейтрального тока не сопровождается тепловыделением или электромагнитными излучениями (просто поддерживается тепловой баланс с окружающей средой и телом постоянного магнита).

Несмотря на то что «магнитные» нейтральные кольцевые токи, будем считать, постоянны по величине, при взаимодействии магнитов между собой возникают ситуации, когда возможны как некоторые переходные процессы, так и взаимное влияние токов друг на друга. Другими словами, возникает явление электрической взаимной индукции.

Взаимная индукция двух контуров с током при наличии магнитной связи достаточно подробно описана в литературе. Известно, что энергия двух контуров с током, обладающих магнитной связью, отличается от суммы собственных энергий токов на величину взаимной энергии двух токов. Распространяя это правило на взаимодействие постоянных магнитов, можно сказать, что энергия системы магнитов отличается от суммарной энергии каждого магнита. Это понятно, поскольку при сближении или удалении магнитов происходит механическая работа.

Но так ли постоянны по величине эквивалентные круговые токи постоянных магнитов? Действительно, они представляют, упрощенно, сумму огромного числа элементарных молекулярных токов. Но в отличие от прочих материальных тел постоянный магнит имеет внешнее и внутреннее магнитное поле, которое «связывает» все элементарные токи, и каждый круговой ток реагирует на колебания остальных, как и они в свою очередь на его колебания. Другими словами, в постоянном магните все элементарные токи представляют как бы единый «организм», что и делает его собственно постоянным магнитом. Если разрушить данный «организм» и каждый элементарный ток начнет независимое «существование», магнитные свойства у данного объекта пропадают.

Вращение – залог эффективности

В группе из трех магнитов средний магнит «модулирует» суммарное магнитное поле всех трех магнитов. Причем максимум плотности смещается в одну сторону, а с противоположной стороны магнитное поле практически отсутствует. При изменении магнитной силы среднего магнита происходит плавное изменение суммарного поля, причем плотность магнитного потока как бы перемещается на другую сторону.

Что в конечном итоге это дает? Поскольку средний магнит можно просто вращать, будет происходить и перемещение максимума плотности суммарного магнитного потока по кругу, равное частоте вращения среднего магнита. Другими словами, один средний магнит может управлять суммарным полем, которое складывается из силы трех магнитов. Причем при вращении среднего магнита не происходит изменения суммарной энергии магнитного поля, т. е. вращение среднего магнита происходит без затрат энергии.

Вращающийся или меняющий свое направление максимум магнитного потока можно использовать в различных устройствах – начиная от простейших вариантов насосов и заканчивая двигателями или генераторами. Все устройства будут отличаться высокой эффективностью и низким энергопотреблением.

Конечно, вращение среднего постоянного магнита – не единственный вариант практического использования группы из трех постоянных магнитов в генераторах или двигателях. Данный средний магнит можно заменить на электромагнит, через обмотку которого пропускают переменный ток различной формы (в зависимости от назначения или конструкции).

Наибольший интерес представляет использование этого эффекта в двух видах двигателей: с линейным возвратно-поступательным движением и вращательных. Момент вращения таких двигателей может достигать значительных величин при относительно небольших рабочих оборотах.

Где можно использовать постоянные магниты?

Одной из особенностей двигателей с активным использованием постоянных магнитов является возможность использования электрического резонанса. Поскольку управляющий электромагнит периодически меняет полярность, т. е. питается переменным током, от частоты которого зависят обороты (в случае вращательного двигателя) в соотношении 1 / К, где К – число полюсов, электромагниты можно включить в состав колебательного контура с емкостью. Соединение электромагнитов может быть последовательное, параллельное или комбинированное, а емкость подбирается по резонансу на рабочей частоте двигателя, при этом среднее значение тока, проходящего через электромагниты, будет большим, а внешняя подпитка по току будет компенсировать в основном активные потери.

Данный режим работы будет наиболее привлекательным с точки зрения экономичности, а двигатель, в котором он используется, будет называться магнитно-резонансный шаговый. Обороты двигателя в этом случае практически не зависят от нагрузки и определяются частотой электрического резонанса, разделенного на число полюсов, несмотря на увеличение потребляемого тока при увеличении нагрузки. С целью повышения рабочих оборотов возможно применение многофазных схем питания электромагнитов двигателей. Среднее ожидаемое снижение потребляемой электрической энергии данными магнитно-резонансными шаговыми двигателями может достигать 60‑75 % по сравнению с обычными электрическими двигателями. Подобные двигатели отличаются большим моментом вращения, достаточно жесткой нагрузочной характеристикой, стабильной частотой вращения, высокой надежностью (якорь не имеет токонесущих элементов), отсутствием подвижных контактов и искрения и т. п., поэтому область их применения будет иметь свои особенности.

Несмотря на это, они могут превосходить по некоторым параметрам как трехфазные асинхронные и синхронные машины, так и коллекторные двигатели постоянного тока. Одно из основных преимуществ – низкое энергопотребление.

Генератор с повышенным КПД

Применение постоянных магнитов эффективно, например, в конструкции электрического генератора с неподвижным ротором. Достоинство подобных генераторов – отсутствие подвижных частей, высокая надежность, экономичность, простота конструкции. Применение магнитных материалов с особыми свойствами позволит получить еще большую экономичность. Среднее сокращение энергозатрат при производстве электроэнергии на генераторах такого типа может достигать 50% и более.

В основе их конструкции лежит принцип модуляции суммарного магнитного поля трех постоянных магнитов средним магнитом, в качестве которого выступает электромагнит. Применение постоянных магнитов позволяет достичь снижения энергетических затрат при генерации электрической энергии.

Магнитная система данного генератора представляет в общем виде «крест в кольце», где одна из перекладин креста представляет собой постоянные магниты, а другая – электромагнит управления, катушка которого может быть разбита на две части или использоваться в виде единой катушки. Кольцо представляет собой магнитопровод с низкими потерями на вихревые токи, на котором располагаются 4 рабочие обмотки (выходные обмотки), соединение которых осуществляется попарно. Выходное напряжение имеет удвоенную частоту по отношению к частоте тока, питающего электромагнит управления.

Если при работе обычного генератора (с вращающимся ротором) неизменный магнитный поток ротора (постоянные магниты или электромагнит), вращаясь от приводного внешнего двигателя, периодически изменяет магнитный поток в статорных обмотках, то увеличиваются механические затраты со стороны приводного двигателя.

В случае с неподвижным ротором отсутствуют потери на трение и противодействующий вращательный момент приводного двигателя. По сути это особый вид трансформаторного преобразователя с дополнительной подпиткой от магнитного поля постоянных магнитов. В процессе преобразования входного переменного тока происходит удвоение частоты выходного тока. Поскольку магнитное поле постоянных магнитов не меняет своего направления – происходит лишь периодическое перераспределение его по секторам кольца ‑то оно активно работает, вкладывая свой «вклад» в генерацию ЭДС.

Магнитный поток управляющей или первичной обмотки электромагнита меняет знак, т. е. происходит процесс, аналогичный процессу простого трансформатора. КПД трансформаторного преобразования достаточно велик. Другими словами, мы получаем трансформатор-удвоитель частоты с повышенным КПД.

Что в конечном итоге это дает? Получается, что входная мощность как минимум меньше выходной. Превышение выходной мощности над входной происходит за счет энергии постоянных магнитов, которые, в отличие от привычной схемы генерации, неподвижны.

Дополнительные возможности данного генератора можно получить, применив для кольцевого сердечника статора магнитные материалы с особыми свойствами.
К недостаткам устройства можно отнести следующее: удвоение частоты выходного напряжения, некоторую сложность изготовления магнитопроводов и обмоток, необходимость компенсационных обмоток для задания необходимой нагрузочной характеристики. Максимальная мощность определяется в основном энергией применяемых постоянных магнитов, от которых зависят все остальные параметры.

Для создания трехфазного тока можно применить либо 3 подобных преобразователя (питание управляющих обмоток синхронизировано), либо аналогичную конструкцию, изготовленную в трехфазном варианте.

Создан первый в мире жидкий постоянный магнит — Российская газета

Ученые из Национальной лаборатории им. Лоуренса (Калифорнийский университет, США) создали первый в мире жидкий постоянный магнит из наночастиц, содержащих оксид железа, сообщает журнал Science. В будущем новый материал может быть использован, например, в робототехнике.

До сих пор было известно, что только у твердых веществ может сохраняться постоянная намагниченность, поскольку их структура удерживает необходимое положение атомов. Правда, в середине прошлого века были открыты феррофлюиды — жидкости, состоящие из частиц оксида железа, которые также могут генерировать магнитное поле. Но намагниченность такие жидкости сохраняют до тех пор, пока атомы и молекулы удерживаются внешним магнитным полем. Как только внешнее магнитное поле удалено, это должно, согласно общепринятому представлению, привести к беспорядочному движению атомов, разрушающих магнитное поле.

Но американские ученые доказывают в статье, что жидкость все-таки может приобретать свойства постоянного твердого магнита.

Томас Рассел из Массачусетского университета (США) объяснил суть «простого способа преобразования парамагнитных феррофлюидов»: «Мы растворили наночастицы оксида железа в специальной масляно-полимерной смеси — так преобразовали при комнатной температуре парамагнитный феррофлюид в ферромагнитное состояние. В результате взаимодействия наночастиц с полимерной смесью была получена ультрамягкая капля, которая обладает магнитными свойствами, подобными твердым магнитам, но с характеристиками жидкости».

Таким образом, как пояснил Рассел, парамагнитные феррофлюидные капли образовали настоящий постоянный магнит. Магнитное поле сохранялось, даже если капли были впоследствии механически деформированы.

Согласно исследованию, в результаты которого ученые поначалу не могли поверить, это возможно потому, что наночастицы в капельках настолько плотно упакованы, что не могут свободно двигаться, и, таким образом, атомы вращаются сами по себе.

Как заявляют ученые, «создан совершенно новый материал, одновременно жидкий и магнитный, который открывает двери для совершенно новой области исследований в биологии, физике и химии». Ферромагнитные капли могут использоваться, например, в робототехнике или стать основой принципиально новых материалов.

Найден способ усилить магниты и увеличить их эффективность

Благодаря этому эффекту авторы определили необходимый размер наноцастиц, при котором достигается максимальная магнитная жесткость. Жесткость, а также величина намагниченности насыщения в конечном счете и определяют магнитную энергию. Чем выше магнитная энергия, тем больше этот материал подходит для использования в качестве постоянного магнита. Таким образом, если в обычные магниты добавлять разработанные авторами наночастицы или формировать их в процессе высокоскоростной закалки, то можно получить материал с максимальной магнитной энергией.

В ходе работы ученые после обработки порошков бариевых магнитов BaFe₁₂O₁₉ плазмой совершили их высокоскоростную закалку (~ 107 град/сек), тем самым создав в материалах барий-ферритные наночастицы и повысив магнитную энергию вещества. Оказалось, что, регулируя технологические параметры плазменного распыления и последующей закалки можно управлять размерами наночастиц и, следовательно, величиной коэрцитивной силы. Ученые отмечают, что такой метод улучшения эксплуатационных свойств подходит не только для бариевых магнитов. Наночастицы можно формировать не только при высокоскоростной закалке, но и внедрять их, например, при спекании, обеспечивая при этом высокий уровень магнитной жесткости.

Поскольку такие наночастицы могут нагреваться в электромагнитных полях или вращаться в переменном магнитном поле, то их можно использовать для проведения таргетных операций.

«Мы сравнили полученные характеристики с зарубежными аналогами и установили, что наши результаты соответствуют, а по некоторым показателям превышают зарубежные», — заключил ученый.

Работа проходила в сотрудничестве с учеными из Красноярского научного центра СО РАН.

Пресс-релизы о научных исследованиях, информацию о последних вышедших научных статьях и анонсы конференций, а также данные о выигранных грантах и премиях присылайте на адрес [email protected].

Отличительные особенности неодимовых магнитов — неодимовые и поисковые магниты

Неодимовые магниты NdFeB самые сильные на сегодняшний день постоянные магниты. Изготавливаются они из сплава, содержащего редкоземельный материал неодим Nd, а также железо и бор. Неодимовые магниты имеют очень высокие показатели остаточной магнитной индукции и устойчивости к размагничиванию. По этим показателям они в разы превосходят обычные чёрные, ферритовые, магниты. Что делает их гораздо более привлекательными при использовании в изделиях и оборудовании, где требуются сильное магнитное поле. Единственный серьёзный недостаток этих магнитов — это довольно высокая цена. При чём, с течением времени, она имеет тенденцию к росту, так как потребности мировой промышленности в сильных магнитах так же постоянно растут. Технический прогресс ускорятся год от года, постоянно выходят новые модели смартфонов, телевизоров, компьютеров, навигаторов и тому подобных высокотехнологичных гаджетов, при производстве которых используются редкоземельные металлы. Основным же поставщиком, так сказать лидером глобального рынка, является Китайская Народная Республика, контролирующая до 95% поставок редкоземельных материалов, а соответственно и цены на них. Очередное резкое повышение цен было отмечено летом 2017 года, когда за 3 месяца цена на неодим выросла более чем на 50 процентов.

Технические характеристики неодимовых магнитов

Магнитные характеристики закладываются на стадии изготовления магнита и не могут быть изменены в последствии. Основные же параметры это остаточная магнитная индукция и устойчивость к размагничиванию (коэрцитивная сила). Магнитная индукция измеряется в Теслах (Тс) и Гауссах (Гс), 1 Тл = 10000 Гс. Неодимовые магниты имеют остаточную индукцию порядка 1,2-1,4 Тл (12000-14000 Гс). Следует учитывать, что подобные значения могут быть получены только при испытаниях магнитного материала в замкнутой цепи. При измерении же силы магнитного поля на поверхности магнита тесламетр обычно показывает от 200 до 500 мТл (2000-5000 Гс). К тому же показания остаточной магнитной индукции сильно зависят от формы и размера магнита — чем он больше, тем сильнее будет его магнитное поле. Потери магнитных свойств со временем обычно не превышают 2-3% за 10 лет эксплуатации (естественно, при условии соблюдения температурного режима). Отличительной особенностью неодимовых магнитов является довольно низкая рабочая температура. При сильном нагреве начинается размагничивание материала и чем горячее, тем быстрее протекает этот процесс. Значение температуры, при котором материал начинает терять свои магнитные свойства, называется «точкой Кюри». При этом происходит так называемый «фазовый переход» — быстрое разрушение магнитной структуры вещества. Магниты из обычных марок неодимового сплава, типа N38, N42 и т.п. выдерживают нагрев не выше 80 градусов Цельсия. Это очень ограничивает их применение в оборудовании подверженному сильному нагреву — для нормального функционирования в таких условиях, требуется обеспечить дополнительное охлаждение установки. Существуют и высокотемпературные марки сплавов, такие как N38H (120°С), N38UH (180°C). Если же требуются более высокие рабочие температуры, то следует рассматривать магниты из материала Альнико (ЮНДК) выдерживающие нагрев до 550°C. Неодимовые магниты чаще всего имеют антикоррозионное покрытие, никелевое или цинковое, реже эпоксидное. Магниты могут выпускаться и совсем совсем без покрытия, но так как они имеют свойство ржаветь во влажной среде, то пользуются они гораздо меньшим спросом. Направление магнитного поля может быть аксиальным (вдоль размера h), диаметральным (вдоль размера D) и радиальным (вдоль размера r).

Направление намагниченности:

Магнитные характеристики различных неодимовых сплавов

Марка материала	Остаточная магнитная индукция Br		Коэрцитивная сила (по току) Hcj		Максимальное энергетическое произведение (BH) max.		Рабочая температура t
Марка материала	Tl (Тесла)	kG (кГаусс)	kA/m	kOe	MGOe	Kj/m3	С
N35	1,17-1,20	11,7-12,0	955	12	35	279	80
N35M	1,17-1,20	11. 7-12,0	1115	14	35	279	100
N35H	1,15-1,17	11,5-11,7	1355	17	35	279	120
N35SH	1,17-1,20	11,7-12,0	1590	20	35	279	150
N35UH	1,17-1,20	11,7-12,0	1990	25	35	279	180
N38	1,17-1,20	12,2-12,6	955	12	38	303	80
N38M	1,22-1,26	12,2-12,6	1115	14	38	303	100
N38H	1,22-1,26	12,2-12,6	1355	17	38	303	120
N38SH	1,22-1,26	12,2-12,6	1590	20	38	303	160
N38UH	1,22-1,26	12,2-12,6	1990	25	38	303	180
N40	1,26-1,29	12,6-12,9	955	12	40	318	80
N40M	1,26-1,29	12,6-12,9	1115	14	40	318	100
N40H	1,26-1,29	12,6-12,9	1355	17	40	318	120
N40SH	1,26-1,29	12,6-12,9	1590	20	40	318	160
N40UH	1,26-1,29	12,6-12,9	1990	25	40	318	180
N42	1,30-1,33	13,0-13,3	955	12	42	334	80
N42M	1,30-1,33	13,0-13,3	1115	14	42	334	100
N42H	1,30-1,33	13,0-13,3	1355	17	40	318	120
N42SH	1,3-1,33	13,0-13,3	1590	20	42	334	160
N45	1,33-1,37	13,3-13,7	955	12	45	358	80
N45M	1,33-1,37	13,3-13,7	1115	14	45	358	100
N45H	1,33-1,37	13,3-13,7	1355	17	45	358	120
N48	1,36-1,42	13,6-14,2	955	12	48	382	80
N48M	1,36-1,42	13,6-14,2	1115	14	48	382	100
N48H	1,36-1,42	13,6-14,2	1355	17	48	382	120
N50	1,41-1,45	14,1-14,5	876	11	50	398	70

Применение неодимовых магнитов

Неодимовые магниты получили широкое распространение в различных сферах человеческой деятельности. Благодаря своим высоким эксплуатационным показателям они массово используются при производстве радиоаппаратуры, измерительных приборов, бытовой техники, медицинского оборудования, мобильных телефонов и прочих высокотехнологичных гаджетов. Высоким спросом пользуются эти магниты у производителей ветрогенераторов. Используется неодим и для производства поисковых магнитов, для справки — магнитная рыбалка это интересное, набирающее популярность, хобби. Для обеспечения потребностей потребителей, неодимовые магниты производятся самых различных форм и размеров и способны удовлетворить самый взыскательный спрос. Магниты могут быть изготовлены в форме диска, куба, стержня, цилиндра, призмы, бруска, кольца, сектора или шара. Кроме стандартных геометрических форм, возможно изготовление и более сложных и причудливых конфигураций — свойства материала это позволяют.

Техника безопасности про обращении с неодимовыми магнитами

Основное преимущество неодимовых магнитов это их колоссальная магнитная сила, она же представляет и наибольшую опасность в неумелых или неосторожных руках. Чем больше магнит, тем больший вред здоровью он может причинить. Большие неодимовые магниты при соударении друг о друга способны серьёзно травмировать конечности попавшие в этот момент между ними. Удар будет примерно соответствовать удару кувалды или большого молотка о наковальню. Нужно понимать, что магниты смыкаются со страшной силой и происходит это в одно мгновение. Даже опытный в обращении с магнитами человек не всегда успевает среагировать и отдёрнуть руку в нужный момент. Ещё одна неприятная особенность заключается в том, что если после удара молотком человек получает просто ушиб пальца, то в случае с магнитами, этот палец после удара остаётся зажат между ними как в тисках и вытащить его от туда довольно сложная задача. Если пытаться просто выдернуть палец из магнитов, то с большой долей вероятности они отщипнут кусок кожи с кончика пальца или же сорвут ноготь. Что бы избежать подобных последствий держите большие неодимовые магниты подальше друг от друга и от железных предметов, рекомендуемое расстояние не менее 1 метра. Если это всё же произошло и рука осталась зажата между магнитами, то в первую очередь нужно вставить между магнитами какие нибудь прокладки из немагнитных материалов — пластмассы или дерева, они предотвратят дальнейшее смыкание магнитов. После этого можно попытаться выдернуть руку самостоятельно или дожидаться приезда сотрудников МЧС. Небольшие магниты, размером 20-40 мм., тоже могут представлять опасность и при неаккуратном обращении оставляют на руках ушибы, порезы или гематомы. Очень важно обезопасить детей от контакта с неодимовыми магнитами. Даже маленькие магнитики могут представлять серьёзную угрозу здоровью ребёнка. Проглатывание маленьких магнитов может привести к крайне негативным последствиям, в этом случае нужно безотлагательно вызывать скорую помощь. Держите неодимовые магниты в недоступном для детей месте!
Большие неодимовые магниты создают вокруг себя сильное магнитное поле, во избежание поломок держите их подальше от чувствительной техники — компьютеров, внешних дисков, часов, смартфонов, кардиостимуляторов, навигационного оборудования, банковских карт и т. п. Кроме того неодимовые магниты довольно хрупкие и при сильных ударах могут раскалываться, что тоже неприятно и накладно в денежном отношении. Будьте всегда крайне внимательны и осторожны при обращении с мощными магнитами.

Моделирование ферромагнитных материалов в COMSOL Multiphysics®

Ферромагнитные материалы встречаются в самых разных электронных компонентах и устройствах. При электродинамических расчетах мы сталкиваемся с магнитными эффектами как в процессе моделирования широких прикладных задач, так и для анализа ряда характеристик используемых материалов (например, механической прочности конструкционной стали). В обоих случаях важно учитывать, что детали из ферромагнитных материалов изменяют окружающее их магнитное поле, что может повлиять на нормальную работу устройств и систем.

Классификация магнитных материалов

Чтобы понять, как отличаются магнитные свойства разных материалов, будет полезно их систематизировать и разделить на несколько классов. Самая простая классификация магнитных материалов такова:

Слабо магнитные материалы
1. Слабо влияют на внешние приложенные магнитные поля (к ним относятся, например, парамагнитные и диамагнитные материалы)
Мягкие стали
1. Эффективно концентрируют внешний магнитный поток, но не обладают собственной намагниченностью. В области без внешнего магнитного поля они не создают своего поля
Твердые стали, которые мы будем называть постоянными магнитами
1. Даже в отсутствие внешнего приложенного магнитного поля создают магнитный поток

Материалы второй и третьей категории называются ферромагнитными.

Эта классификация, впрочем, не лишена недостатков: разделение на мягкие стали и постоянные магниты не всегда однозначно, и некоторые материалы могут проявлять промежуточные свойства. У материала может быть небольшая намагниченность в отсутствие внешних источников (как у постоянного магнита), которая будет значительно возрастать во внешнем магнитном поле (как у мягкой стали).

Кроме того, материал может проявлять гистерезисные свойства, то есть намагниченность будет изменяться при включении и выключении внешней нагрузки. Внешняя нагрузка может быть не обязательно магнитным полем, создаваемым электрическим током, но и физическим смещением (как показано на видео ниже).

При работе с ферромагнитными материалами нужно уметь и иметь возможность описывать самые разные их свойства и особенности поведения. В этой статье мы рассмотрим доступный в пакете COMSOL® функционал для моделирования ферромагнитных материалов.

Обзор используемых магнитных материальных уравнений

Различные свойства магнитных материалов — желательные и нежелательные — проявляются в разных системах, и важно уметь описывать диапазон различных свойств.

Модуль AC/DC позволяет учитывать при моделировании все виды типичного поведения магнитных материалов благодаря восьми предопределенным материальным уравнениям, перечисленным в первом столбце таблицы внизу, а также позволяет задавать так называемые внешние материалы (external material) при помощи пользовательских скриптов. Слабомагнитные материалы обычно описываются с помощью первой опции, Relative permeability (Относительная проницаемость), которая выбрана по умолчанию в программном пакете COMSOL Multiphysics®.

Для описания ферромагнитных материалов используйте одну из оставшихся опций. Первые четыре опции в таблице лучше подходят для мягких сталей, а последние — для постоянных магнитов. В обеих этих группах опции упорядочены по нарастанию сложности материальных уравнений и увеличению числа свойств, описывающих динамику намагниченности.

Материальные уравнения и соотношения	Soft Iron (Fully Time-dependent) (Мягкая сталь (исследование во временной области))	Soft Iron (AC Feeding) (Мягкая сталь (исследование в частотной области))	Permanent Magnets (Fully Time-Dependent) (Постоянные магниты (исследование во временной области))	Требуемая информация
Relative Permeability (Относительная проницаемость)	✓	✓		1 скалярная (или тензорная) величина
Magnetic Losses (Магнитные потери)		✓		2 скалярных (или тензорных) величины
B-H Curve (Кривая намагничивания)	✓			1 функция
Effective B-H Curve (Эффективная кривая намагничивания)*		✓		1 функция
Magnetization (Намагниченность)			✓	1 векторная величина
Remanent Flux Density (Остаточная магнитная индукция)			✓	1 скалярная (или тензорная) величина и 1 векторная величина
B-H Nonlinear Permanent Magnet (Нелинейный постоянный магнит с B-H-кривой)			✓	Функция и направление
Модель гистерезиса Джилса-Атертона	✓		✓	5 скалярных (или тензорных) величин
External Magnetic Material (Внешний магнитный материал)**	✓	✓	✓	Сторонний скомпилированный код

Сводная таблица по вариантам физических законов для моделирования твердых и мягких сталей и количеству необходимых исходных параметров и/или функций. *Эффективная кривая намагничивания может быть получена путем преобразования стандартной кривой с помощью приложения из Библиотеки приложений модуля AC/DC. Подробнее об этих возможностях рассказывается в предыдущей записи нашего блога.) ** External Magnetic Material (Внешний магнитный материал) является подопцией для кривой намагничивания (B-H curve). Дополнительная информация о данном условии содержится в нашем материале о задании и доступе к моделям внешних материалов.

Восемь графиков в осях B и H в нижеследующем разделе иллюстрируют типичную динамику намагниченности для различных материальных уравнений, приведенных в таблице выше. На графиках вдоль оси y откладывается магнитная индукция B. Эта величина напрямую измеряется и однозначно интерпретируется. Ось x показывает магнитное поле H. Интерпретация этой величины зависит от исследуемой системы, как будет показано на примере ниже.

Для описания указанных графиков будем рассматривать идеальную магнитную цепь с магнитным тором длины L, равномерно обмотанным N витками катушки с током I. В этом случае H = N*I/L. В зависимости от прикладной задачи, производители используют такую конструкцию (или рамку Эпштейна) для измерения кривых намагничивания.

Мы также приведем несколько примеров использования этих условий в обычных магнитных материалах и применения в типичных прикладных задачах.

Соотношения для мягких (в магнитном отношении) сталей

Материальные уравнения и соотношения	Зависимость B от H	Комментарии
Relative Permeability (Относительная проницаемость)		Можно использовать для описания мягких сталей в малых полях Пластинчатые сердечники силовых трансформаторов при коротком замыкании очень хорошо описываются этим соотношение
Magnetic Losses (Магнитные потери)		Типично для всех ферромагнитных материалов на высоких частотах Для ферритов, используемых в высокочастотных катушках индуктивности, трансформаторах и концентраторах потока, такие данные обычно указаны в технических спецификациях
B-H Curve (Кривая намагничивания)		Самое классическое уравнение для описания мягких в магнитном отношении сталей Учитывает магнитное насыщение Используется для описания подвижных магнитных контуров с переменным магнитным сопротивлением, например, в электродвигателях и генераторах При малых магнитных полях совпадает с материальным соотношением Relative Permeability (Относительная проницаемость)
Effective B-H Curve (Эффективная кривая намагничивания)		Обобщение материального соотношения B-H Curve (Кривая намагничивания) для случая питания переменным током при исследовании в частотной области Работает для стационарных контуров или случаев, когда геометрия цепи меняется медленно по сравнению с внешним переменным магнитным полем Это условие можно использовать для ферромагнитных деталей в установках индукционного нагрева или сердечниках трансформаторов в разомкнутых цепях При малых магнитных полях совпадает с материальным соотношением Relative Permeability (Относительная проницаемость)

Соотношения для постоянных магнитов

Материальные уравнения и соотношения	Зависимость B от H	Комментарии
Magnetization (Намагниченность)		Типовое описание редкоземельных постоянных магнитов Используется в моделях современных электрических двигателей, генераторов, датчиков
Remanent Flux Density (Остаточная магнитная индукция)		Обобщение материального соотношения Magnetization (Намагниченность) Позволяет лучше учитывать эффекты размагничивания под действием внешнего поля, направленного против вектора текущей намагниченности Можно использовать для сплавов типа альнико при небольших изменениях приложенного поля
B-H Nonlinear Permanent Magnet (Нелинейный постоянный магнит с B-H-кривой)		Доступен в интерфейсах Magnetic Fields (Магнитные поля) и Magnetic Fields, No Current (Магнитные поля, без токов) модуля AC/DC начиная с версии 5. 3a программного пакета COMSOL Multiphysics Специальное условие для моделирования размагничивания постоянных магнитов, использующее только данные об одноосных свойствах магнита Часто используется для сплавов типа альнико и редкоземельных магнитов, работающих при высокой температуре Похоже одновременно на соотношения B-H Curve (Кривая намагничивания) и Magnetization (Намагниченность), так как описывает поведение материалов, близкое к материальному соотношению B-H Curve (Кривая намагничивания), но сдвигает кривую в плоскости B-H
Модель гистерезиса Джилса-Атертона		Гибкое уравнение для моделирования разных материалов, содержащее большое число параметров Можно использовать для точной подстройки расчетов потерь в электродвигателях и других электрических машинах, хотя применимость модели иногда и ограничена сложностью получения некоторых параметров материала

Обратите внимание, что мы не упоминули опцию external magnetic material (Внешний магнитный материал), указанную в первой таблице. Это дополнительная опция к материальному уравнению B-H Curve (Кривая намагничивания), позволяющая моделировать самые общие произвольные законы для магнитных материалов. Подробный пример изложен в предыдущей статье. Эта опция обычно используется для описания пользовательских моделей гистерезиса с условной логикой.

Все параметры и функции, упомянутые в таблицах выше, могут зависеть от остальных параметров модели. Это чрезвычайно важно: таким образом функция может учитывать мультифизические эффекты или свободно обрабатывать нелинейные эффекты в материалах.

В учебной модели топологической оптимизации магнитной цепи приведен пример, в котором нелинейная зависимость вручную добавляется к опции Relative Permeability (Относительная проницаемость), воспроизводя поведение опции B-H Curve (Кривая намагничивания). Этот пример показывает, что для перехода от одной опции к другой достаточно написать в поле для относительной проницаемости выражение murOfB(mf.2*murOfB(mf.normB). Этот закон описывает воздух при p = 0 и мягкую сталь при p = 1. Значение p в рамках модели выбирается во время топологической оптимизации. Обратите внимание, что задание функции от переменной normB может потребовать дополнительных действий для улучшения сходимости, что подробно описано в документации к указанной модели. В этой модели была активирована опция «Split complex variables in real and imaginary parts» (Разбивать комплексные переменные на действительную и мнимую части).

Другая прикладная задача, в которой полезно задавать проницаемость как функцию, — индукционный нагрев. В этом случае материал проходит через точку Кюри. Обычно для этого проницаемость задается в виде функции типа 1+f(T)*(mur(normB)-1), где f(T) — функция, равная единице при низких температурах, понижающаяся до нуля при температуре Кюри и равная нулю выше температуры Кюри. Этот метод используется для точного моделироватния различных процессов индукционного нагрева сталей (например, закалки). В общем случае функциональные зависимости параметров кривых намагничивания от температуры можно взять из статей и технических спецификаций и задать с помощью того же метода.

Многие параметры, описанные в таблице как “скаляры” и “функции”, можно задать как тензоры или наборы функций, описывающих компоненты вектора или тензора. Это важно, потому что магнитные свойства по своей природе являются векторными. Модуль AC/DC позволяет задавать все описанные в первой таблице свойства для полностью анизотропных материалов. Такой пример описан и обсуждается в учебной модели векторного гистерезиса, которая использует анизотропный материал Джилса-Атертона и воспроизводит опубликованные данные.

Векторная природа полей важна для моделирования подвижного магнитного оборудования. На анимации ниже показана плотность магнитного потока во вращающемся оборудовании, в которой внешняя область описана согласно модели гистерезиса Джилса-Атертона. Слева вращается область с гистерезисом, а справа — внутренний магнит. Все компоненты векторов B и H при переходе от левого изображения к правому изменяются так, как должны изменяться векторы при вращении. Таким образом, правая анимация выглядит так же, как левая анимация при жестком вращении тела.

Магнитная индукция во вращающемся оборудовании, включающем материал с гистерезисом, показывает, что векторная природа полей приводит к одинаковым локальным полям в системе отсчета, связанной с источником магнитного поля (слева), и в системе отсчета, связанной с областью с гистерезисом (справа).

Моделирование ферромагнитных материалов в COMSOL Multiphysics®

Теперь рассмотрим пример, в котором для одной и той же детали из ферромагнитного материала последовательно используются разные законы, моделирующие свойства детали в разных процессах. Мы принимаем за данность, что нам доступна только некоторая информация о свойствах материала.

На рисунке ниже изображена модель магнитного контура. Красным отмечена деталь, выполненная из мягкой стали с нелинейным поведением, малым остаточным магнитным потоком и кривой намагничивания с гистерезисом. Для нее использовали материал Soft Iron (Мягкая сталь) из Библиотеки материалов модуля AC/DC: излом кривой достигает 1,5 Тл при значении 5400 А/м. Синим отмечена катушка, обвитая вокруг сердечника из мягкой стали. Зеленая область — интересующая нас деталь, которую мы и будем изучать, используя разные законы. Например, это может быть деталь из сплава альнико (AlNiCo) без начальной намагниченности.

Геометрия магнитной цепи. На схеме показаны мягкая сталь (красная область), катушка (синяя область) и сплав типа альнико (зеленая область). Изначально брусок из альнико не намагничен; при появлении тока в катушке он намагничивается, а при извлечении из магнитной цепи (вверх по стрелке) размагничивается.

Мы можем моделировать четыре рабочих режима в магнитной цепи:

Деталь из сплава альнико изначально не намагничена; при протекании тока в катушке деталь намагничивается
Деталь из сплава альнико намагничивается током, текущим на шаге 1, и остается намагниченной даже после исчезновения тока в катушке
Намагниченная деталь из сплава альнико в конце шага 2 извлекается из сердечника и частично размагничивается
Размагниченная деталь из сплава альнико включается обратно в магнитную цепь; остаточный магнитный поток остается почти таким же малым, каким он был вне магнитной цепи

Было бы заманчиво настроить материальные соотношения один раз для всего рабочего цикла. Это возможно сделать, но для этого нам понадобятся специальные независимые измерения от производителя стали. Например, можно легко узнать значение напряженности магнитного поля H, при котором материал полностью намагничен, соответствующее значение остаточного магнитного потока и вид кривой размагничивания.

Но для этого примера давайте предположим, что насыщение достигается при приложенном внешнем магнитном поле напряженностью 30 кА/м, а одноосная кривая размагничивания во втором квадранте плоскости B-H приведена в таблице ниже. Кривая начинается с остаточного магнитной индукции Br при H = 0 и стремится к B = 0 при отрицательном значении коэрцитивного поля Hc. Обратите внимание, что данные, приведенные в таблице, полностью соответствуют материалу, который вы найдете в COMSOL Multiphysics — это материал Demagnetizable Nonlinear Permanent Magnet (Размагничиваемый нелинейный постоянный магнит) в Библиотеке материалов модуля AC/DC.

Если вы хотите использовать свои собственные данные, изучите встроенный типовой материал. Обратите внимание, что вам нужно будет указать значение коэрцитивного магнитного поля Hc и соответствующую кривую размагничивания. Так как кривая размагничивания обычно расположена во втором квадранте, ее нужно сдвинуть вдоль оси H на величину abs(Hc). После такого сдвига кривая в плоскости B-H будет начинаться в точке (0, 0) и достигнет значения остаточной плотности потока Br в точке abs(Hc). Подробные указания содержатся в Руководстве пользователя модуля AC/DC.

H, кА/м	B, Тл
-50 (коэрцитивное магнитное поле Hc)	0
-48	0.5
-47	0.7
-46	0.85
-44	0.96
-40	1.03
-35	1.08
-30	1.11
-20	1.155
-10	1.187
0	1.2 (остаточная индукция, Br)

Данные для второго квадранта кривой намагничивания для такого материала, как Demagnetizable Nonlinear Permanent Magnet (Размагничиваемый нелинейный постоянный магнит) содержатся в Библиотеке материалов модуля AC/DC.

Траектория горизонтального компонента магнитной индукции в центре компонента из сплава Альнико для каждого из четырех описанных процессов представлена на иллюстрации ниже. Цвета обозначают следующие стадии:

Синяя кривая: при включении тока (этот шаг процесса начинается слева с точки H = 0 при нулевом токе и достигает максимальной намагниченности справа)
Зеленая кривая: процесс отключения тока (начинается справа, достигает конечной магнитной индукции слева на уровне H = 0 при нулевом токе в катушке)
Красная кривая: процесс размагничивания при извлечении образца из магнитной цепи; точно соответствует данным в таблице выше
Голубая кривая: повторное включение магнита в цепь; процесс начинается слева (образец вне контура) и заканчивается справа при полностью включенном в в контур образце магнита

Горизонтальный компонент магнитной индукции в центре компонента из сплава Альнико для каждого из четырех описанных процессов.

В следующем видеоматериале представлены условия, приложенные к компоненту из сплава Альнико, а также итоговые траектории, представленные на графике выше.

Обратите внимание, что эти исследования представляют собой достаточно простые и надежные стационарные параметрические исследования, которые основаны на предыдущем решении. Подобная настройка позволяет нам с легкостью выполнять трехмерное моделирование или использовать более сложную геометрию. Как уже было отмечено, мы использовали данные предыдущего решения для того, чтобы связать друг с другом кривые, отвечающие различным областям. Именно из-за этого на кривой, представленной на графике выше, заметны небольшие разрывы.

Эту модель можно подстроить так, чтобы избавиться от разрывов, но появляющиеся при этом дополнительные параметры потребуют проведения новых измерений. Следуя процедуре, изложенной выше, мы убедились, что проводить такие измерения не обязательно, и правдоподобные решения можно найти и на основе стандартных доступных данных.

Следует сделать одно замечание о величине, отложенной вдоль оси x на графике выше. Величина, отложенная вдоль оси x, на шаге 1 и шаге 2 естественным образом связана с током, текущим через катушку. На шаге 3 и шаге 4 ток в катушке не течет, и напряженность магнитного поля зависит от пространственного перемещения деталей. Таким образом, не так просто однозначно выбрать величину, которую разумно откладывать вдоль оси x. На шаге 3 мы использовали встроенную переменную axialH. На шаге 4 мы использовали нормированное смещение детали от магнитной цепи. При изучении кривой намагничивания важно помнить о том, какие из определений были использованы, какими были цели исследования и какие приборы использовались.

На этом примере мы показали, что мы можем менять материальные соотношения в зависимости от задачи и использовать произвольные выражения, построенные на ранее рассчитанных переменных. Здесь мы рассмотрели самый простой случай, чтобы не усложнять задачу. Более строгое и сложное описание трехмерной модели извлечения и вставки бруска из сплава альнико в магнитный контур вы найдете в этой модели саморазмагничивания. В эту модель добавлена локальная линейная модель отдачи при вставке магнита.

Заключение

В этой статье мы рассмотрели большой набор опций для моделирования магнитных материалов, доступных в программном пакете COMSOL Multiphysics и модуле AC/DC. Мы начали с основных принципов электромагнетизма и набора встроенных условий и изучили, какие материальные соотношения лучше подходят для различных материалов и устройств. Мы также указали, какие функциональные возможности используются для мультифизического моделирования и задания более сложных условий. Несмотря на это, мы затронули только малую часть соображений, которые надо учесть при выборе материальных соотношений.

Мы советуем вам изучить дополнительную литературу, указанную ниже, и/или связаться с нами, чтобы узнать больше о программном пакете COMSOL.

Дальнейшие шаги

Узнайте о том, как моделировать магнитные материалы с помощью модуля AC/DC. Если вы хотите попробовать программный пакет в работе, на странице продукта вы можете оставить заявку на демонстрацию.

Дополнительные источники

Просмотрите запись вебинара по моделированию ферромагнитов
Прочтите связанные заметки в нашем корпоративном блоге:
Изучите следующие учебные модели:

Изготовление постоянного магнита | IOPSpark

Электромагнит

Электричество и магнетизм

Изготовление постоянного магнита

Практическая деятельность за 14–16

Класс практический

Использование катушки с токоведущей проволокой для изготовления постоянного магнита из стального стержня.

Аппаратура и материалы

Примечания по охране труда и технике безопасности

Прочтите наше стандартное руководство по охране труда

Стальной стержень может быть вязальной спицей или частью часовой пружины. В качестве плохой замены можно использовать короткие отрезки толстой фортепианной проволоки.

Убедитесь, что образцы из твердой стали не намагничены. Если есть, размагнитите их, медленно пропуская через катушку переменного тока: для 300-витковой катушки используйте около 6 В переменного тока; для 2400-витковой катушки используйте около 20 В переменного тока.

Процедура

Используйте железные опилки или чертёжный компас, чтобы убедиться, что стальной стержень не намагничен, прежде чем продолжить.
Намотайте несколько десятков витков изолированной проволоки вокруг стального стержня. (Оставьте достаточно свободного места на обоих концах для подключения к источнику питания.)
Подключите концы провода к низковольтному источнику постоянного тока, чтобы через катушку протекал большой ток.
Отключить ток.Еще раз проверьте стальной стержень, чтобы убедиться, что он не намагничен.
Определите, где находятся магнитные полюса стержня.
Придумайте способ намагничивания стержня в другом направлении.

Учебные заметки

Как наука работает Дополнительный модуль: Студенты могут сделать магнит (этим методом или методом поглаживания), а затем проверить его силу. Это требует от них разработки и оценки подхода к измерению силы магнита.Вот несколько предложений:

Определите, сколько булавок, кнопок или канцелярских скрепок встанет встык с магнита.
Положите булавку на стол. Постепенно приближайте к нему магнит. Измерьте расстояние, на котором штифт начинает двигаться.
Поместите компас для черчения на стол. Поднесите к нему магнит сбоку (восток или запад). Измерьте расстояние, на котором стрелка компаса указывает под углом 45 ° к исходному направлению.

Студенты должны уметь думать и о других идеях.Испробовав несколько, они могут оценить чувствительность каждого.

Этот эксперимент был проверен на безопасность в июле 2007 г.

Процесс производства магнита | Как делаются магниты

Есть несколько способов изготовления магнитов, но наиболее распространенный метод называется порошковой металлургией. В этом процессе подходящая композиция измельчается в мелкий порошок, уплотняется и нагревается, чтобы вызвать уплотнение посредством «жидкофазного спекания».Поэтому такие магниты чаще всего называют спеченными магнитами. Этим методом изготавливаются ферритовые, самариево-кобальтовые (SmCo) и неодим-железо-борные (нео) магниты. В отличие от феррита, который представляет собой керамический материал, все магниты из редкоземельных элементов представляют собой сплавы металлов.

Подходящее сырье плавится в вакууме или в инертном газе в индукционной плавильной печи. Расплавленный сплав либо выливают в форму, на охлаждающую пластину, либо обрабатывают в машине для разливки ленты — устройстве, которое формирует тонкую непрерывную металлическую полосу.Эти отвержденные металлические «куски» измельчаются и измельчаются в порошок с диаметром от 3 до 7 микрон. Этот очень мелкодисперсный порошок химически активен, способен самовоспламеняться на воздухе и поэтому должен быть защищен от воздействия кислорода.

Существует несколько методов уплотнения порошка, и все они включают выравнивание частиц таким образом, чтобы в готовой детали все магнитные области были направлены в заданном направлении. Первый метод называется осевым или поперечным прессованием.Здесь порошок помещается в полость инструмента на прессе, а пуансоны входят в инструмент для сжатия порошка. Непосредственно перед уплотнением применяется выравнивающее поле. Уплотнение «вмерзает» в это выравнивание. При осевом (параллельном) прессовании выравнивающее поле параллельно направлению уплотнения. При поперечном (перпендикулярном) прессовании поле перпендикулярно давлению уплотнения. Поскольку мелкие частицы порошка вытянуты в направлении магнитного выравнивания, поперечное прессование обеспечивает лучшее выравнивание и, следовательно, более энергоемкий продукт.При прессовании порошка в гидравлических или механических прессах форма ограничивается простыми поперечными сечениями, которые можно вытолкнуть из полости матрицы.

Второй метод уплотнения называется изостатическим прессованием, при котором гибкий контейнер заполняется порошком, контейнер герметизируется, применяется выравнивающее поле и контейнер помещается в изостатический пресс. С помощью жидкости, будь то гидравлическая жидкость или вода, давление прикладывается к внешней стороне герметичного контейнера, равномерно уплотняя его со всех сторон.Основное преимущество изготовления магнитных блоков с помощью изостатического прессования заключается в том, что можно изготавливать очень большие блоки — часто до 100 x 100 x 250 мм, и поскольку давление применяется одинаково со всех сторон, порошок остается в хорошем выравнивании, производя максимально возможную энергетическую продукцию. .

Прессованные детали упаковываются в «лодочки» для загрузки в вакуумную печь для спекания. Конкретные температуры и наличие вакуума или инертного газа зависят от типа и марки производимого магнита.Оба редкоземельных материала нагревают до температуры спекания и дают возможность уплотняться. SmCo требует дополнительной обработки растворением после спекания. После достижения комнатной температуры оба материала подвергаются отпускной термообработке при более низкой температуре. Во время спекания магниты линейно сжимаются примерно на 15-20%. Готовые магниты имеют шероховатую поверхность и приблизительные размеры. У них также нет внешнего магнитного поля.

ОТДЕЛКА

Спеченные магниты подвергаются некоторой обработке, которая может варьироваться от гладкого и параллельного шлифования, шлифования по внешнему или внутреннему диаметру или нарезки магнитов блоков на более мелкие детали.Материал магнита является хрупким и очень твердым (Rockwell C 57–61) и требует алмазных кругов для резки и алмазных или специальных абразивных кругов для шлифования. Нарезка ломтиками может выполняться с превосходной точностью, часто устраняя необходимость в последующем шлифовании. Все эти процессы необходимо проводить очень осторожно, чтобы свести к минимуму выкрашивание и растрескивание.

В некоторых случаях окончательная форма магнита способствует обработке фигурным алмазным шлифовальным кругом, например, дуги и хлебные буханки.Продукт приблизительно окончательной формы проходит мимо шлифовального круга, который обеспечивает точные размеры. Для мелкосерийного производства этих сложных форм обычно используется электроэрозионная обработка. Простые двухмерные профили, EDM быстрее, а более сложные формы с использованием 3-5-осевых станков работают медленнее.

Цилиндрические детали могут быть запрессованы в форму, обычно в осевом направлении, или просверлены из блочного материала. Эти более длинные цилиндры, сплошные или с внутренним диаметром, позже могут быть разрезаны на тонкие магниты в форме шайб.

Для крупносерийного производства, обычно 5000 или более штук, обычно более экономично изготавливать оснастку и производить ее по заданной форме. Для небольших серий или для определенных свойств может быть предпочтительнее обрабатывать магниты из блока. При прессовании для придания формы минимизируются отходы материала, например, мелкая стружка. Количество заказа, форма, размер и сложность детали будут влиять на решение о предпочтительном методе производства. Срок поставки также повлияет на решение, поскольку изготовление ограниченных партий из складских блоков, вероятно, происходит быстрее, чем заказ инструментов для штамповки деталей.Стоимость этих вариантов не всегда проста. Рекомендуем связаться с нами, чтобы обсудить варианты.

Хотя из этих сплавов можно изготавливать магниты сложной формы, эти материалы лучше всего подходят для изготовления более простых форм. Отверстия, большие фаски или щели обходятся дороже. Допуски труднее удерживать в более сложных формах, которые могут привести к вариациям поля магнитного потока и потенциальному физическому напряжению детали в сборке.

Обработанные магниты будут иметь острые края, которые склонны к сколам.Покрытие вокруг острого края также проблематично. Наиболее распространенный метод уменьшения резкости — это вибрационное затачивание, часто называемое вибрационным галтованием и выполняемое в абразивной среде. Указанное закругление кромки зависит от требований к последующей обработке и обращению, но чаще всего это радиус от 0,005 до 0,015 дюйма (от 0,127 до 0,38 мм).

Магниты

Neo, которые склонны к ржавлению или вступают в химические реакции, почти всегда имеют покрытие. Самарий-кобальт, естественно, более устойчив к коррозии, чем нео, но иногда может иметь покрытие.Наиболее распространенные защитные покрытия включают эпоксидное покрытие, нанесенное сухим напылением, электронное покрытие (эпоксидное покрытие), электролитический никель, алюминиевый IVD и комбинации этих покрытий. Магниты также могут быть покрыты конверсионными покрытиями, такими как фосфаты и хроматы цинка, железа или марганца. Конверсионные покрытия обычно подходят для временной защиты и могут образовывать нижний слой для эпоксидного покрытия или верхний слой для усиления защиты от алюминиевого IVD.

После завершения изготовления магниту требуется «зарядка» для создания внешнего магнитного поля.Это может быть выполнено с помощью соленоида — полого цилиндра, в который могут быть помещены магниты различных размеров и форм — или с помощью приспособлений, предназначенных для создания уникальных магнитных узоров. Также возможно намагничивать большие сборки, чтобы избежать манипуляций с этими мощными магнитами и их сборки в их намагниченном состоянии. Требования к намагничивающему полю значительны. Этот, как и многие другие аспекты выбора магнитов, следует обсудить с нашими инженерами и производителями.

В некоторых случаях магниты требуют стабилизации или калибровки.Стабилизация — это процесс предварительной обработки магнитов внутри или вне сборки, так что последующее использование не приведет к дополнительной потере вывода магнитного потока. Калибровка выполняется для сужения диапазона выходных характеристик группы магнитов. Эти процессы требуют обработки в печи при повышенной температуре или обратного импульса в намагничивающем устройстве в полях ниже полной мощности сбоя. Есть несколько факторов, которые влияют на термостабилизацию, и важно очень тщательно контролировать этот процесс, чтобы гарантировать надлежащие характеристики конечного продукта.

Постоянный магнит — Вселенная сегодня

[/ caption]
Постоянный магнит — это магнит, который не теряет своего магнитного поля. Однако что делает магнит постоянным? Чтобы понять это, нам нужно знать, как работают магниты. Магнетизм — это аспект явления, известного как электромагнитная сила, фундаментальная сила физической вселенной. Магнетизм, как и другой его аспект, электричество проявляет себя как поле. Что делает магнит, так это когда определенные вещества и элементы индуцируются сильным магнитным полем.В случае постоянных магнитов это поле остается с течением времени без ослабления.

Постоянный магнит — это магнит из-за ориентации его доменов. Домены — это небольшое магнитное поле, присущее кристаллической структуре ферромагнитных материалов. Ферромагнитные материалы — единственные вещества, которые могут быть превращены в магниты. Обычно это железо, никель или сплавы из редкоземельных металлов. Магнит создается, когда при определенных условиях отдельные домены в ферромагнитном элементе выравниваются в одном направлении.Однако метод, используемый в большинстве случаев, можно сделать только с помощью слабых магнитов. Обычно это происходит при прямом контакте с естественно магнитным материалом или пропускании через него электрического тока. Однако в случае, если поле, создаваемое трением о сильный магнит, будет слишком слабым и со временем исчезнет, когда домены вернутся в исходное положение.

Основной способ создания постоянных магнитов — нагрев ферромагнитного материала до очень высокой температуры. Температура индивидуальна для каждого вида металла, но она способствует выравниванию и «фиксации» доменов магнита в постоянном положении.Предполагается, что именно этот процесс внутри Земли создает естественные постоянные магниты.

Постоянные магниты важны для их промышленного использования, особенно когда речь идет о производстве электроэнергии и электродвигателях. Индукционный процесс для турбин и генераторов требует постоянных магнитов, чтобы превратить механическое движение в энергию. Они также важны для электродвигателей во многих электронных устройствах, использующих обратную индукцию электрического тока для получения механической энергии. Как видите, без постоянного магнита мы не смогли бы в полной мере использовать возможности электричества в современных устройствах.

Мы написали много статей о постоянных магнитах для «Вселенной сегодня». Вот статья о стержневых магнитах, а вот статья о супермагнитах.

Если вам нужна дополнительная информация о постоянных магнитах, ознакомьтесь со статьями журнала Hyperphysics and Practical Physics.

Мы также записали целый эпизод Astronomy Cast, посвященный магнетизму. Послушайте, Серия 42: Магнетизм повсюду.

Ссылки:
Hyperphysics
Как работают магниты

Нравится:

Нравится Загрузка…

Почему из стали делают постоянные магниты

Обладая прочностью на разрыв примерно в 1000 раз выше, чем у железа, сталь стала одним из важнейших металлов в мире. Из него делают все, от мостов и автомобилей до гаек, болтов и даже садовых инструментов. Однако многие люди не знают, что сталь также является ключевым ингредиентом в конструкции постоянных магнитов. Поскольку сталь сама по себе не является магнитной, вам может быть интересно, почему производители используют ее для изготовления постоянных магнитов.

Что такое постоянный магнит?

Постоянный магнит, также известный как жесткий магнит, представляет собой объект с постоянным магнитным полем. Другими словами, это магнит, который не теряет своей магнитной силы. Даже после многих лет использования постоянный магнит будет таким же сильным, как и в день его изготовления. Это резко контрастирует с временными магнитами, которые действительно теряют свою магнитную силу.

Типичный пример постоянного магнита — холодильник. Холодильники обычно конструируются с постоянными магнитами, чтобы минимизировать потерю холодного воздуха.В середине 1900-х годов производители обнаружили, что за счет встраивания постоянных магнитов в дверцы холодильников снижается вероятность утечки холодного воздуха в бытовых приборах. Для сравнения, скрепки считаются временными магнитами. Когда на скрепку прикладывают магнит, она сама становится магнитной. Конечно, это магнитное поле носит временный характер, и скрепки в конечном итоге больше не будут притягиваться к другим ферромагнитным объектам.

Использование стали в постоянных магнитах

Итак, почему производители используют сталь для изготовления постоянных магнитов? Если вернуться к основам этого металла, сталь представляет собой сплав, состоящий из железа и углерода.В своем естественном состоянии сталь не является магнитной, но ее можно модифицировать таким образом, чтобы она становилась магнитной.

Когда немагнитный кусок стали прикладывают к магниту, атомы внутри него перестраиваются, образуя постоянный магнит. Когда атомы выравниваются, они создают магнитное поле, которое не теряет своей силы. Чтобы создать магнитное поле, атомы объекта должны быть правильно ориентированы. Сталь очень эффективна для этой цели из-за естественного расположения ее атомов.

Сталь — не единственный материал, используемый для изготовления постоянных магнитов. Постоянные магниты также изготавливаются из керамики, железа, кобальта, никеля, гадолиния и неодима. С учетом сказанного, сталь является относительно недорогим и широко доступным материалом, даже в большей степени, чем вышеупомянутые материалы. По этим причинам многие производители предпочитают использовать сталь для изготовления постоянных магнитов.

Нет тегов для этого сообщения.

Как создать переключатель ВКЛ / ВЫКЛ для постоянного магнита

Посмотрите и посмотрите, как можно построить магнитный переключатель за несколько простых шагов, используя 3 одинаковых магнита и железные стержни.

Когда-нибудь хотели создать магнитный переключатель для постоянного магнита?

Конечно, есть. Вместо того, чтобы отрывать сильный магнит от металлической поверхности, переключатель мгновенно снимает магнитную силу. И представьте, какие шутки вы можете сыграть со своей семьей.

Но как это возможно?

Посмотрите, как можно построить магнитный переключатель, выполнив несколько простых шагов. Переключатель состоит из 3 одинаковых магнитов, и вам понадобится несколько железных стержней.

Очевидно, невозможно отключить магнитное поле постоянного магнита.Но наука дает вам возможность манипулировать ситуацией. Играя с различными магнитами и создавая различные взаимодействия, можно изменять магнитное поле.

Точность — ключ к успеху. Вы не можете использовать три случайных магнита, которые найдете в вашем доме. Они должны быть одинакового размера и силы, чтобы магнитные поля в конечном итоге схлопнулись. Используйте квадратные. Я нашел круглые очень непрактичными.

Вы помните из школьной науки, что у каждого магнита есть северный и южный полюс? Вам нужно знать, какие полюса магнитов похожи.А это просто. Соедините их друг с другом встык. Когда они не отталкиваются друг от друга, они находятся в правильном положении. Теперь отметьте правую сторону магнитов буквой Ns, а другие стороны — буквой Ss.

Что вам нужно в строительном магазине?
— Два 3-дюймовых квадратных металлических куска
— Два маленьких плоских металлических куска, достаточно длинных, чтобы покрыть длину двух магнитов
— Один маленький плоский металлический кусок шириной с ваш магнит

Сначала вы должны превратить один из ваших магнитов в гигантский один.Поместите длинные металлические детали рядом с одним магнитом. Эта структура должна напоминать букву H.

Вы только что превратили эти два металлических стержня в огромный магнит. Прижмите его к тяжелому металлическому предмету. Попробуйте поднять его. Весело, правда?

Теперь вы знаете, как сделать магнит, если вам когда-нибудь понадобится большой для работы или для развлечения. Но вы также скоро сделаете его бессильным.

Теперь о переключателе.

Сложите два оставшихся магнита друг на друга. Их северные полюса должны выровняться.Поместите более длинные плоские части рядом с магнитами так, чтобы их концы выступали с одной стороны. Другой небольшой магнит помещается поверх одного из ваших магнитов, соединяя две другие металлические полоски.

Теперь это еще один мощный магнит, но мы будем называть его переключателем.

Поместите переключатель на вершину вашего огромного H-магнита так, чтобы полярность его магнита была противоположной полярности вашего переключателя.

В школе вы, наверное, тоже узнали, что северный и южный полюса притягиваются. Металлические ножки вашего переключателя будут прилипать к огромному магниту.

А теперь попробуйте подобрать что-нибудь с его помощью. Почему ты не можешь? Ваш постоянный магнит больше не такой постоянный.

Вы только что разрушили магнитное поле уникальным выравниванием различных полюсов.

Хотите снова использовать магнит? Просто поверните переключатель на 180 °, оставив нижнюю часть на месте. Вы увидите, что фактически удвоили мощность магнита, добавив переключатель в это положение.

Его просто нужно повернуть в правильном направлении.

Готовы сбить своих друзей с толку наукой?

Via Magnetic Games

Разница между электромагнитами и постоянными магнитами

Магниты обычно классифицируются как постоянные и непостоянные.Современная промышленность и повседневная жизнь сильно зависят от магнитных полей. Магниты из неодимовых магнитов (NdFeB), самарий-кобальта (SmCo), AlNiCo и феррита обычно называют постоянными магнитами, тогда как электромагниты обычно классифицируются как непостоянные магниты. Несмотря на то, что они являются магнитными и способны притягивать предметы из черных металлов, постоянные магниты и электромагниты имеют разные характеристики и предлагают разные преимущества.

Постоянные магниты и электромагниты создают магнитные поля (которые можно визуализировать с помощью воображаемых линий магнитного поля).У них будут Северный и Южный полюса, и оба будут взаимодействовать своими магнитными полями с другими источниками магнитных полей и материалами, которые проявляют магнитные свойства. Однако электромагниты отличаются от постоянных магнитов своей способностью генерировать магнитные поля, когда через них протекает электрический ток. Напротив, постоянные магниты, как следует из названия, постоянно намагничены. Им не нужен электрический ток для создания магнетизма.

Ниже приводится простое сравнение постоянных магнитов и электромагнитов:

Исключением из вышеперечисленного являются электропостоянные магниты — это специализированный магнитный узел, который объединяет постоянный магнит с электромагнитом.

Постоянный магнит

В отличие от других магнитов, которые со временем теряют свой магнетизм, эти типы магнитов могут сохранять свой магнетизм. Постоянные магниты состоят из сильно намагниченных твердых материалов. Среди лучших примеров постоянных магнитов — стержневые магниты. Это демонстрирует типичное магнитное поведение.

Для чего нужны постоянные магниты?

Постоянный магнит имеет множество применений. Чаще всего магнит используется для привлечения других магнитных предметов, но он также выполняет функции в электронном оборудовании.Постоянные магниты используются в компьютерах, двигателях, автомобилях, генераторах, наушниках, динамиках, датчиках и т. Д. Магнитные ленты и магниты на холодильник также часто используются для постоянных магнитов.

Изучите другие темы, связанные с магнетизмом и магнитными материалами.

Электромагнит

Электромагнит обычно имеет железный сердечник. Добавление железного сердечника к соленоиду увеличивает напряженность его магнитного поля. В соединении между батареей и соленоидом путем наматывания проволоки на гвоздь создается магнитная сила.Это происходит из-за магнитного поля, создаваемого при протекании тока через катушку. Пока есть постоянный ток. ток, проходящий через катушку, сохраняет магнитные свойства гвоздя, но после этого магнетизм гвоздя теряется. Намотывая проволоку на железный сердечник, вы можете создавать электромагниты.

Электромагниты используют электричество для генерации магнитного потока. В отличие от постоянных магнитов, у электромагнитов можно легко регулировать магнитный выход, изменяя количество электричества, протекающего через них, в отличие от электромагнитов с фиксированным магнитным выходом.Электромагниты также могут менять полярность полюсов, меняя направление электрического тока на противоположное.

Плотность тока и коэффициент заполнения

При изготовлении электромагнитов вы можете создать катушку с круглой намоткой (намотанную на каркас / бобину). Часто проволока круглая (имеет диаметр), поэтому невозможно получить идеальное заполнение пространства, доступного для проволоки. Фактическая величина, которую вы можете занять от доступного пространства, называется коэффициентом заполнения — он может составлять до 80% (остальное — воздушные зазоры), но он будет варьироваться в зависимости от конструкции и типа провода.2.R потеря мощности, которая всегда будет нагреваться. Каждый провод будет иметь степень нагрева, например. 155 ° C. Поэтому необходимо учитывать охлаждение компонентов. Но каждый провод также имеет плотность тока (сколько тока на единицу площади поперечного сечения провода) — вам необходимо убедиться, что конструкция не превышает этого значения, чтобы предотвратить опасное повреждение провода. Если провод перегревается, он может начать перегорать, а изоляция выйдет из строя.

Подробнее об электромагнитах

Преимущества электромагнитов

Электромагниты имеют множество преимуществ перед постоянными магнитами.Например:

Их можно включать и выключать
Магнитное поле можно регулировать по напряженности

По сравнению с постоянными магнитами, электромагниты могут быть, размер для размера, менее дорогими. Электромагнит обычно дешевле, потому что для его изготовления используется меньше материалов. В зависимости от ваших потребностей, магнитная сила электромагнита может быть изменена для того же конструктивного размера. То же самое нельзя сказать о постоянном магните.

Примеры электромагнитов

Электромагниты используются в широком диапазоне приложений, от крупномасштабного промышленного оборудования до небольших электронных компонентов.В большом количестве научных исследований и экспериментов также используются электромагниты, особенно когда требуются сверхпроводимость и быстрое ускорение. Электромагниты повсюду вокруг вас в повседневной жизни — электромобили, пылесосы, холодильники, стиральные машины, сушильные барабаны, пищевые блендеры, вентиляторные печи, микроволновые печи, посудомоечные машины, фены, вентиляторы, громкоговорители и т. Д. — список можно продолжать и продолжать. !

Более очевидные конструкции электромагнита включают:

Электрические компоненты: электронные дверные звонки и управляемые электрические замки.
Музыкальное оборудование: громкоговорители, наушники, магнитофоны, магнитная запись.

Типы электромагнитов, которые мы проектируем и поставляем

Стандартные электромагниты (Электромагниты с возбуждением для удержания / Электроудерживающие магниты)

Зажимы для электромагнита с включением и удержанием только на время действия подается электрический ток. Зарядите его, и он держится; как только ток отключается, электромагнит перестает зажимать.Электромагнит Energize-to-Hold — это стандартная концепция электромагнита — соленоид (намотанная медная катушка) внутри высококачественного железного узла с высокой проницаемостью для высоких зажимных усилий и низких магнитных потерь. Железный цилиндр электромагнита Energize-to-Hold имеет прочную конструкцию с блестящей никелевой отделкой, пассивированной с креплением к корпусу.

Электромагнит Energize-to-Hold имеет три типа электрического подключения:

Свободные выводы
Двухполюсный разъем
Разъемы Hirschman.

Электромагнит с включением для удержания имеет, в зависимости от размера, три напряжения питания:

Электромагнит с включением для удержания имеет рейтинг ED 100% и рейтинг IP 54 (20 для двух- вариант полюсного соединителя). Электромагниты с питанием для удержания имеют максимально возможное номинальное тяговое усилие от 52 Н до 3600 Н (от 5,2 кг до 360 кг) в зависимости от размера устройства (фактическое достигаемое тяговое усилие зависит от области применения).

Преимущества электромагнитов с возбуждением для удержания

Зажимы только при наличии электрического тока
Возможность изменения силы зажима при изменении тока
Возможны высокие магнитные силы зажима
Easy Двухпозиционный режим
Возможен удаленный режим
Возможность параллельного подключения для увеличения удерживающей силы
Универсальное монтажное приспособление
Может зажиматься на любой поверхности из железа (максимальное усилие достигается с помощью рекомендуемых пластин якоря )
Можно настроить величину тягового усилия путем изменения тока вместо приложения полного тока (не рекомендуется)
Окружающее паразитное магнитное поле снижено благодаря конструкции

Электро-постоянный магнит ( Электропостоянная энергия для высвобождения)

Электромагнит с возбуждением для отпускания представляет собой электропостоянную концепцию — соленоид (намотанная медная катушка) плюс магнит внутри высококачественного железного узла с высокой проницаемостью для высоких зажимных усилий и низких магнитных потерь.Устройство фиксируется и отпускается только при подаче тока. Стальной цилиндр электромагнита с возбуждением для высвобождения имеет прочную конструкцию с блестящей никелевой отделкой, пассивированной с креплением к корпусу.

Пластины якоря (пластины-хранители) подходят для каждого блока электромагнита, активируемого для высвобождения.

Электромагнит с возбуждением для отпускания имеет два типа электрического подключения:

Электромагнит с возбуждением для отпускания имеет, в зависимости от размера, два напряжения питания: — 24 В постоянного тока и 240 В переменного тока.Электромагнит с возбуждением для отпускания имеет рабочий цикл S2 и степень защиты IP 54. Электромагниты с возбуждением для отпускания имеют максимально возможное тяговое усилие от 230 Н до 550 Н (от 23 кг до 55 кг) в зависимости от размера устройства. (фактическая тяга зависит от приложения). Это популярные устройства безопасности. Они остаются зажатыми при отключениях электроэнергии.

Преимущества электромагнитов с возбуждением и отпусканием

Если ток отсутствует, устройство будет прижиматься к железной поверхности с помощью внутреннего магнита. электрический ток
Надежная фиксация — не требуется ток для зажима
Можно управлять дистанционно
Универсальное монтажное приспособление
Может зажиматься на любой поверхности из железа (максимальное усилие достигается с помощью рекомендуемых пластин якоря)
Можно установить параллельно для увеличения удерживающей силы
Можно уменьшить тяговое усилие путем изменения приложенного тока вместо приложения полного тока (не рекомендуется)

Общие приложения

Пластины якоря для электромагнитов

Якорь pl Ates представляют собой качественные ферромагнитные пластины с крепежными отверстиями, размер которых подходит как для электромагнита с включением для удержания, так и для электропостоянного магнита с включением для высвобождения.Они используются для обеспечения наилучшего зажима электромагнитов и постоянных электромагнитов.

Они используются, когда для электромагнитов отсутствует ферромагнитный материал или если существующая ферромагнитная поверхность не идеальна для наилучшего закрепления (например, тонкий лист, ржавая сталь, искривленные поверхности). Иногда их также называют пластинами-хранителями.

Пластины якоря снабжены резиновыми шайбами, поставляемыми с ними, чтобы обеспечить небольшую степень изгиба при их движении (сзади) для максимального прямого контакта (за счет обеспечения минимального воздушного зазора) с зажимной поверхностью электромагнита для обеспечения максимально возможных тяговых усилий. быть достигнутым.

Узлы электромагнита / соленоида

Мы можем поставить узлы и узлы по чертежам заказчика. Свяжитесь с нами, чтобы договориться о визите, запросить коммерческое предложение или получить техническую поддержку и помощь в проектировании.

Какой мне нужен?

Не секрет, что магниты есть практически во всем, что мы регулярно используем.

Но что это за магниты? И какой тип магнита лучше всего подходит для конкретной ситуации?

В этом блоге мы более подробно рассмотрим различия между электромагнитами и постоянными магнитами.

Постоянные магниты

Постоянные магниты изготовлены из намагниченного материала, создающего собственное постоянное магнитное поле.

Этот тип магнита всегда имеет магнитное поле и всегда демонстрирует это магнитное и привлекательное поведение.

Как следует из названия, постоянные магниты состоят из магнитного материала, атомы которого постоянно выровнены для создания постоянного магнитного поля.

Постоянные магниты могут быть изготовлены из различных материалов, в том числе:

Важно отметить, что магниты из неодима и самария-кобальта также классифицируются как магниты из редкоземельных элементов, что означает, что они обладают превосходной удерживающей силой по сравнению с их физическими размерами.

Электромагниты

Как видно из названия, электромагнит работает и зависит от электричества.

Электромагнит — это магнит, магнитное поле которого создается потоком электрического тока.

Магнитная сила в электромагнитах активируется при включении электричества и прекращается при отключении электрического тока.

Этот тип магнита состоит из катушки с проволокой, которая действует как магнит, когда через нее проходит электрический ток.Часто электромагнит усиливают, оборачивая его вокруг сердечника из такого материала, как сталь, что усиливает магнитное поле, создаваемое катушкой.

Электромагниты

обладают преимуществами контролируемой удерживающей силы, и благодаря применению контролируемого постоянного электрического тока они обладают способностью притягивать и удерживать черные металлы с различной степенью силы.

В чем разница между электромагнитами и постоянными магнитами?

Два основных различия между электромагнитами и постоянными магнитами:

1.Утрата имущества

2. Магнитная сила

За очень немногими исключениями, такими как превышение максимальных рабочих температур, постоянные магниты остаются намагниченными постоянно, в то время как электромагниты зависят от электрических токов в качестве силы своих магнитных свойств.

Магнитная сила зависит от различных факторов.

Магнитная сила постоянных магнитов зависит от общего материала, размера и формы самого магнита, но после определения этого уровня намагниченности она не меняется.

Электромагниты, с другой стороны, сильно зависят от подаваемого электрического тока. Это означает, что электромагниты могут обеспечивать несколько значений магнитной силы.

Плюсы и минусы

Электромагниты

Постоянные магниты

Плюсы

Может управлять силой притяжения магнитного поля, выключая или выключая магнит, или регулируя электрический ток

Повышенная сила тяги

Могут работать без источника питания, что делает их энергоэффективными и портативными

Доступны в очень малых размерах, что делает их идеальными для приложений с ограниченными размерами

Минусы

Поскольку для создания сильных магнитных полей требуется значительное количество витков, их размер может быть недопустимым для некоторых приложений

Подача слишком большого тока может привести к короткому замыканию, что сделает магнит бесполезным.

Теряют прочность в очень горячих средах, поэтому непригодны для некоторых применений

Фиксированное магнитное притяжение может сделать их непривлекательными для пользователей, которым нужна гибкость при использовании магнитов

Вердикт?

В конечном итоге выбор зависит от того, какой магнит выбрать.

Выбираете ли вы для своего применения электромагниты или постоянные магниты, убедитесь, что вы полностью понимаете плюсы и минусы каждого из них.

Нужна дополнительная информация?

Если вам нужна помощь в выборе лучшего магнита, позвоните нам. Один из наших специалистов будет более чем счастлив помочь!

Из чего можно изготовить постоянный магнит. Изготовление магнита в домашних условиях

Порядок изготовления

Обмотка

Что учесть

Подключение

Постоянные магниты

Временные магниты

Электромагниты

Магниты для штор своими руками

Магнитомягкие материалы

Магнитотвердые материалы

Что понадобится

В заключение

Создание вечного двигателя на неодимовых магнитах

Сила и слабость постоянных магнитов — Энергетика и промышленность России — № 7 (59) июль 2005 года — WWW.EPRUSSIA.RU

Создан первый в мире жидкий постоянный магнит — Российская газета

Найден способ усилить магниты и увеличить их эффективность

Отличительные особенности неодимовых магнитов — неодимовые и поисковые магниты

Технические характеристики неодимовых магнитов

Направление намагниченности:

Магнитные характеристики различных неодимовых сплавов

Применение неодимовых магнитов

Техника безопасности про обращении с неодимовыми магнитами

Моделирование ферромагнитных материалов в COMSOL Multiphysics®

Классификация магнитных материалов

Обзор используемых магнитных материальных уравнений

Соотношения для мягких (в магнитном отношении) сталей

Соотношения для постоянных магнитов

Моделирование ферромагнитных материалов в COMSOL Multiphysics®

Заключение

Дальнейшие шаги

Дополнительные источники

Изготовление постоянного магнита | IOPSpark

Изготовление постоянного магнита

Процесс производства магнита | Как делаются магниты

ОТДЕЛКА

Постоянный магнит — Вселенная сегодня

Нравится:

Почему из стали делают постоянные магниты

Что такое постоянный магнит?

Использование стали в постоянных магнитах

Как создать переключатель ВКЛ / ВЫКЛ для постоянного магнита

Разница между электромагнитами и постоянными магнитами

Какой мне нужен?

Постоянные магниты

Электромагниты

В чем разница между электромагнитами и постоянными магнитами?

Плюсы и минусы

Вердикт?

Нужна дополнительная информация?

Leave a Reply Отменить ответ