永磁体以其长期保持磁性的能力而闻名。 它们有多种形式,包括磁铁矿等天然磁铁和铝镍钴合金等人造磁铁。 然而,必须了解可能导致永磁体磁场部分或完全丧失的因素,因为这可能对其预期产生负面影响 应用的区域.
了解退磁过程及其机制至关重要。 为了在永磁体应用中保持所需的磁化强度,必须维持或避免某些物理条件。 通过熟悉这些条件,可以降低退磁风险并确保磁铁磁场的寿命。
退磁是什么意思?
简单来说,退磁是指磁铁的磁性减弱或完全消失。 永磁体的工作原理基于合金材料内微区域的排列。 这些小区域称为磁畴。 每个磁畴的作用就像更大整体中的微观磁铁。 开发永磁体过程的一部分涉及将高强度磁性材料(通常为铝镍钴、锶铁(称为陶瓷或铁氧体)、钕铁硼或钐钴)置于强磁场中。 在磁化材料的过程中,通常指向不同方向的各个磁畴沿磁场方向排列。 当几乎所有磁畴与原始磁场对齐时,该材料就成为永磁体。 当您对磁铁进行消磁时,它的磁域不再完全对齐。 正是这些磁畴的排列提供了材料的磁性。 当磁场(磁畴的排列)被破坏时,磁体就会消磁。
如何对永磁体进行消磁?
人们有时会对“永久”磁铁与“临时”磁铁这两个术语感到困惑。 临时磁铁仅在附着到或靠近发射磁场的物体时才充当磁铁。 当磁场源被移除时,它们会迅速失去磁性。 相比之下,永磁体通常在正常工作条件下独立地维持其连续磁场。 然而,永磁材料在某些条件下仍然会消磁,包括暴露于高热、与其他物体碰撞、体积损失以及暴露于冲突磁场中。
1.热
温度升高是导致退磁的一个普遍因素。 当温度升高时,原子运动加剧,最终超过磁畴的排列。 居里温度代表磁性合金完全且不可逆地失去其永磁特性的临界点。 尽管如此,即使磁铁的温度接近其居里点,也会发生不同程度的退磁。 退磁程度根据所讨论磁体的具体材料和等级而有很大差异,通常由磁体的退磁曲线来描述。
一般来说,一些永磁材料比其他材料更容易随着温度的升高而退磁。 钕磁铁通常最容易受到升高的工作温度的影响,并且通常会抵抗退磁,直到工作温度达到大约 100°C。 可以在 220°C 以上工作的钕磁性材料是可用的,但这些材料可能会变得非常昂贵。 对于钐钴磁铁,该限制为 350°C。 铝镍钴磁铁提供了任何现有标准生产磁铁材料的最佳温度特性,可用于预计极端温度高达 540°C 的连续工作应用。
在高温条件下工作时,至关重要的是考虑所用磁性材料的磁导率,同时考虑尺寸、材料类型和工作温度等因素。 这些因素共同决定了磁铁对于特定应用的有效性。 对于钕磁铁,使用磁导率计算器可以帮助评估特定尺寸的磁铁在所需的工作温度下是否会消磁并可能失效。
永磁体长时间暴露在高温下会导致电子排列被破坏,导致部分或完全退磁。 发生的退磁本质上可以是可逆的或不可逆的。
2.碰撞和体积损失
另一个可以使永磁体消磁的因素是碰撞——另一个物体对磁体的撞击。 例如,如果用锤子反复敲击磁铁,就会扰乱其原子的运动,影响磁铁北极和南极的排列,最终导致其消磁。
碰撞还会影响磁体的物理完整性,并且由此产生的体积损失也会对磁化产生不利影响。 这就是为什么体积损失被认为是永磁体退磁的另一个因素。 湿度过高引起的腐蚀或氧化也会影响物理特性,从而影响磁铁的磁性。
3.冲突磁场
当受到不利的外部磁场时,永磁体会消磁。 靠近磁铁的另一个磁场的存在充当退磁剂,导致磁铁失去其磁性。 这凸显了正确存储永磁体的重要性。 通过正确存放,不仅可以保护它们免受物理损坏,还可以屏蔽外部磁场,确保保持其磁性和磁场的一致性。
近距离运行交流电也会对磁铁产生这种影响,导致退磁。
4.化学因素
受酸、碱、氧气、腐蚀性气体等化学因素的影响,永磁体内部或表面化学结构发生变化。 这会导致磁性的变化。 钕铁硼中的铁和钕更容易被氧化。 永磁体的保护一般包括电镀,如镀锌、镀镍。
故障反转的问题及方法
永磁材料是永磁电机的关键原材料。 电机在制造、测试和使用过程中,总会出现失磁问题。 从实际失败案例分析,可归结为以下几个方面:
磁钢牌号选择不当
如果电机设计计算不够准确,错误地选择了较低的牌号,可能会出现这样的情况:初始试验过程的试验记录指标非常好。 但随着电机逐渐趋于热稳定,电机的相关指标开始恶化。 随后,指标与设计预期的偏离越来越大。 在某一点,电流急剧增加,逆变器迅速停止。 这表明电机已消磁,必须更换磁铁。
过热退磁
如果排除磁钢磁性能的影响,只考虑热因素,则可以确定出现过热和退磁现象有两种情况:一是电机循环通风回路不合理,违背了热和退磁的自然规律。冷传导导致局部热量集中; 其次,绕组热负荷过高,导致温度超过电机换热系统的负荷水平。
退磁电流过大
电机运行时,负载电流的大小超过磁体的退磁电阻,将导致磁体不可逆退磁。 这进一步增加了负载电流并加剧了磁体的不可逆退磁。 失效会加速不可逆退磁,直至磁体消失。
退磁曲线计算器
退磁曲线显示了绘制在轴上的特定磁体的磁性。 因此,退磁曲线比单点更能全面地了解磁体的磁特性。 因此,退磁曲线通常用于磁性元件的设计。
更具体地说,该曲线显示磁通密度 (B) 与磁化场 (H) 的比率。 两条曲线的交点就是磁导率系数。
退磁计算器通过提供特定磁体在各个预定义点的退磁过程的可视化来帮助选择合适的设计。 通过输入相关参数,例如材料类型、尺寸(例如,N3 圆盘磁体的直径为 0.1 英寸,厚度为 35 英寸),计算器可以生成所选磁体的退磁曲线。 这些信息对于确定磁性组件的最佳设计非常有价值,可以做出明智的决策并确保磁性系统达到所需的性能。
总结
当磁铁用作各种应用中的组件时,退磁的发生会显着影响磁铁的功能和有效性。 因此,在创建磁性组件以防止退磁发生时,认识到这种现象并采用适当的设计策略至关重要。 通过在设计阶段考虑和解决潜在的退磁风险,可以保持磁体的完整性和可靠性,确保 其预期应用中的最佳性能。
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