Selectarea magneților

Magneții au o semnificație deosebită în aplicațiile industriale. Aceștia sunt utilizați într-o varietate de aplicații, de la motoare electrice la senzori și mecanisme de acționare. Cu toate acestea, selectarea magnetului potrivit pentru o anumită aplicație necesită o înțelegere profundă atât a proprietăților magnetice, cât și a materialelor și caracteristicilor de proiectare.

Cerințe preliminare pentru magnetism

Condiția prealabilă pentru magnetism este caracteristica fizică specială a electronilor de a se roti în jurul propriei axe. Totuși, direcția este decisivă pentru această așa-numită rotație. Magnetismul este posibil numai dacă electronii sunt aliniați în aceeași direcție. Din acest motiv, metalele sunt potrivite în special pentru magnetizare, deoarece în cazul acestora atomii sunt dispuși într-un model în formă de grilă. Acest lucru permite electronilor să se miște liber și să se adapteze mai ușor la o direcție de rotație. Magneții au întotdeauna un pol nordic (N) și un pol sudic (S), care se resping reciproc. Spre deosebire de sarcinile plus și minus din electricitate, nu este posibil să aveți un pol pozitiv sau negativ separat. Atunci când un magnet este divizat, se creează întotdeauna un magnet nou, mai mic. Cea mai mică cantitate indivizibilă se mai numește și magnet elementar. Acestea se găsesc în fier, de exemplu – într-o formă nealiniată.

Prezentare generală a magneților

În funcție de capacitatea lor de a fi în mod inerent magnetici sau de a fi magnetizați de o sursă externă de energie, apare următoarea diferențiere între tipurile de magneți:

• Magneți permanenți: În cazul magneților permanenți, electronii se deplasează în jurul propriei axe deja dispuse într-un model aliniat, generând astfel un câmp magnetic permanent. De exemplu, fierul, cobaltul și nichelul sunt materiale magnetice prin natură. Magneții permanenți sunt împărțiți în magneți duri și magneți moi. Magneții duri prezintă o remanență ridicată (rezistență la demagnetizare) și o putere a câmpului coercitiv (puterea câmpului magnetic necesară pentru demagnetizarea completă a unui magnet), în timp ce magneții moi pot fi magnetizați și demagnetizați cu ușurință.
• Electromagneți: În cazul electromagneților, magnetismul este generat prin furnizarea de curent electric. Imediat ce electronii circulă printr-un conductor electric, curentul din jurul lor generează un câmp magnetic. Acesta este de obicei un fir bobinat, în care fiecare buclă de bobinaj servește drept conductor circular. În general, acest lucru are ca rezultat un câmp magnetic total foarte puternic, care îl depășește pe cel al magneților permanenți.

Proprietăți magnetice de bază

Proprietățile de bază ale magneților includ:

• Densitatea fluxului magnetic (Tesla): Densitatea suprafeței fluxului magnetic care trece vertical printr-un anumit element de suprafață. Termenul inducție magnetică este utilizat adesea ca sinonim și descrie același fenomen fizic, dar într-un context diferit (electrodinamică și inducție electromagnetică).
• Intensitatea câmpului magnetic (amperi pe metru): Alocă o intensitate și o direcție câmpului magnetic generat de tensiunea magnetică în fiecare punct spațial.
• Permeabilitate magnetică (cunoscută și drept conductivitate magnetică): Aceasta determină capacitatea materialelor de a trece de câmpurile magnetice sau de a se adapta la un câmp magnetic.

Aceste proprietăți afectează performanța unui magnet în anumite aplicații.

Demagnetizarea magneților permanenți

Este posibilă demagnetizarea magneților permanenți. Totuși, este posibil să existe în continuare o magnetizare reziduală scăzută. Pentru demagnetizare, alinierea rotației atomice trebuie perturbată. Acest lucru poate avea loc, de exemplu, prin influențe externe, cum ar fi căldură, impacturi puternice sau alte câmpuri magnetice. De exemplu, fiecare material magnetic are o temperatură maximă de aplicare, denumită și punct Curie. Peste această temperatură, proprietățile magnetice se modifică. Această temperatură este de aprox. 769°C pentru fier, aprox. 1127°C pentru cobalt și aprox. 358°C pentru nichel. Electromagneții pot fi demagnetizați prin întreruperea sursei de alimentare.

Fabricarea magnetului și materialele utilizate

Există diverse procese de fabricație magneți. Totuși, metalurgia pulberilor, unde materialele sunt mai întâi pulverizate și apoi amestecate și comprimate, este cel mai frecvent întâlnită. Procesul de compresie are loc în condiții de căldură și este denumit și sinterizare în fază lichidă. În cele din urmă, procesul de magnetizare are loc, moment în care magneții elementari din materiale semifabricate sunt aliniați într-o direcție prin intermediul unui magnet mare sau al unor electromagneți. Forța magnetică de acționare trebuie să fie de aproximativ trei ori mai mare decât forța magnetică pe care trebuie să o aibă magnetul final. Unele dintre materialele obișnuite sunt reprezentate de bor cu conținut de neodimiu-fier (NdFeB), samariu-cobalt (SmCo), AlNiCo (aluminiu-nichel-cobalt) și de ferite.

Materialele care trebuie selectate depind de factori precum temperatura de funcționare, performanța magnetică și costul. Acum este posibilă și fabricarea magneților combinați cu plastic, cum ar fi magneții cauciucați.

Selectarea magneților

Pentru a putea selecta magnetul potrivit, este important să cunoașteți parametrii care afectează performanța unui magnet:

• Remanență: Densitatea fluxului pe care un magnet o menține în buclă închisă.
• Intensitatea câmpului coercitiv: Măsurarea rezistenței la demagnetizare.
• Produs de energie maximă: Remanența (Br) unui magnet înmulțită cu puterea câmpului coercitiv (Hc).
• Densitatea fluxului în buclă deschisă: Intensitatea câmpului magnetic (măsurată în Tesla, fosta Gauß). Descrie densitatea câmpului magnetic generat (densitatea fluxului). Câmpul magnetic este vizualizat sub formă de linii magnetice de-a lungul direcției de magnetizare. Intensitatea câmpului reprezintă densitatea acestor linii pe o anumită zonă, iar numărul total de linii descrie densitatea fluxului magnetic.
• Forța adezivă: Forța de atracție a unui magnet măsurată în Newtoni. Selecția materialului, textura suprafeței și unghiul de atracție magnetică influențează forța de atracție.

Următorul tabel prezintă valorile de referință pentru selectarea magneților, în funcție de forța de adsorbție și densitatea fluxului.

Pentru mai multe informații, consultați catalogul de produse.

Mediul în care magnetul va funcționa afectează, de asemenea, performanța și durabilitatea. În plus față de temperatura deja menționată, umezeala (formarea ruginii), tensiunile mecanice sau coroziunea influențează proprietățile magnetice. Prin urmare, toate circumstanțele trebuie luate în considerare pentru selecție și trebuie utilizați magneți cu proprietăți speciale, cum ar fi rezistența ridicată la umezeală, dacă este necesar.

La MISUMI, oferim magneți pentru fiecare utilizare. Gama include atât magneți din neodim foarte rezistenți la căldură, cât și magneți flexibili cauciucați sau cosoare magnetice prefabricate. De exemplu: magneți rotunzi, magneți cu porturi, magneți cauciucați, magneți (înșurubabili), magneți (rectangulari) sau suporturi magnetice (interschimbabile).

Calitatea magnetului ca unitate de măsură importantă

Calitatea magnetului este o unitate de măsură importantă pentru magneți. Constă dintr-o literă urmată de un număr, de ex. UH45:

• Litera: Litera indică temperatura maximă de funcționare. De obicei, magneții au o temperatură maximă de funcționare de 80°C, care este marcată cu litera N. Mai multe informații pot fi: M până la 100 °C, H până la 120 °C, SH până la 150 °C, UH până la 180 °C și EH până la 200 °C.
• Număr: Numărul indică energia magnetică stocată per volum. Reprezintă produsul dintre puterea câmpului magnetic H și densitate fluxului magnetic B.

Utilizarea industrială a magneților

Magneții sunt indispensabili în industrie. De exemplu, electromagneții sunt utilizați în industria auto oriunde există motoare electrice pentru diferite sarcini. Rotația motorului este afectată de forțele de atragere și respingere ale magnetului. Magneții sunt utilizați și pentru relee. Aici, un comutator electromagnetic este instalat într-un circuit și apoi un câmp magnetic este format printr-o sursă de alimentare slabă. Comutatorul se închide atunci când alimentarea cu energie este furnizată și se deschide imediat ce curentul este oprit, disipând astfel câmpul magnetic. În unele trenuri de mare viteză și trenuri cu levitație magnetică, magneții puternici sunt utilizați pentru a ridica vehiculele de pe sol și a le permite să leviteze fluid și rapid. În plus, magneții și proprietățile acestora se utilizează în mod specific în sistemele cu benzi transportoare. Astfel, materialul transportat poate fi separat sau sortat cu ușurință, ceea ce este deosebit de important în industriile de reciclare și prelucrare a deșeurilor.

Magneții permanenți sunt utilizați, de exemplu, în următoarele aplicații:

• Transportoare: Magneții permanenți sunt utilizați pentru a separa materialele feromagnetice de materialele neferomagnetice, de ex. în industria reciclării. Materialele magnetice sunt colectate și îndepărtate de magnetul permanent.
• Dispozitive de siguranță: În ingineria mecanică și construcția personalizată de utilaje, magneții permanenți sunt utilizați în opritoarele de ușă sau în dulapurile de protecție. De exemplu, aceștia țin închise ușile sau flapsurile care permit accesul la componentele periculoase ale utilajelor.
• Sisteme de control al accesului: Magneții permanenți sunt utilizați aici împreună cu electromagneți. Magnetul permanent este montat permanent în timp ce electromagnetul regulează mecanismul de blocare prin depășirea forței magnetului permanent atunci când este activat (de ex. prin intermediul unui card de acces), deblocând astfel ușa.

Opțiunile de aplicare sunt foarte versatile și se reflectă într-un portofoliu extins de produse din cadrul MISUMI.