智能設(shè)備中的厚度薄磁鐵

當(dāng)前的技術(shù)更新使設(shè)備變得越來(lái)越薄，這給每個(gè)相關(guān)行業(yè)帶來(lái)了壓力，要求他們制造盡可能少使用體積的組件。由于永磁體的制造和物理特性，這對(duì)磁學(xué)提出了許多挑戰(zhàn)。磁鐵最大的擔(dān)憂是退磁。如果在設(shè)計(jì)時(shí)沒(méi)有考慮到預(yù)期的電路，那么保持永磁體磁化是非常困難的。

三個(gè)主要成分有助于磁體的退磁：溫度、形狀和相反的外部磁場(chǎng)。所有這三個(gè)都?xì)w結(jié)為磁鐵的矯頑力對(duì)磁鐵施加的壓力。決定磁鐵抗退磁能力的特性。矯頑力越高，保持磁鐵磁化就越容易。我們可能無(wú)法對(duì)磁鐵的溫度和反向磁場(chǎng)(磁鐵周圍的環(huán)境和電路)進(jìn)行大量控制，但希望我們可以控制其形狀并選擇材料等級(jí)，以確保我們處于矯頑力的安全工作區(qū)域。

通常，在電子產(chǎn)品中，假設(shè)環(huán)境溫度在 65 到 80 攝氏度之間。通常沒(méi)有任何相反的外部場(chǎng)，但如果有另一個(gè)磁鐵，電線圈，或改變附近的電場(chǎng)是可能的，不能忽視。偶爾會(huì)故意存在相反的磁場(chǎng)(電動(dòng)機(jī)、致動(dòng)器、諧振或振動(dòng)電機(jī)、變壓器、充電線圈)。

一旦我們考慮了電路的溫度和反向場(chǎng)，就該考慮磁鐵的形狀了。磁鐵在曲線上運(yùn)行，很像電機(jī)的功率或扭矩曲線。磁體在更好的電路中更強(qiáng)，在較差的電路中更弱(并且更接近退磁)。我們將沒(méi)有反向磁場(chǎng)的露天電路中的工作點(diǎn)稱為磁體的磁導(dǎo)系數(shù)(平均 B/ μ磁鐵的 H)，這讓我們可以計(jì)算磁鐵的內(nèi)部反磁場(chǎng)。磁鐵總是在內(nèi)部與自己戰(zhàn)斗以保持磁化。我們將跳過(guò)磁導(dǎo)系數(shù)(Pc 或負(fù)載線)的數(shù)學(xué)細(xì)節(jié)，但它在很大程度上取決于極面面積與磁體厚度的比率(對(duì)于各向異性磁體，具有設(shè)定磁化軸的磁體，例如燒結(jié)釹鐵硼(新磁鐵)或釤鈷)。磁體越薄，極面也不會(huì)顯著縮小，將大大降低 Pc，導(dǎo)致磁體變?nèi)趸蛲舜拧?/p>

在電子產(chǎn)品中，我們通常會(huì)看到厚度小于 1 毫米的磁鐵，但在其他方向上要大很多倍(形成大磁極面和薄磁鐵)。這是磁鐵 PC 的最壞情況。我們必須嘗試使磁鐵盡可能厚(與預(yù)期用例的磁極面平衡)以提高 Pc(稍微提高磁鐵的強(qiáng)度，但大大降低其退磁的機(jī)會(huì))。我們可以通過(guò)簡(jiǎn)單形狀的簡(jiǎn)單計(jì)算來(lái)確定這些風(fēng)險(xiǎn)(參見(jiàn) 磁性計(jì)算器 對(duì)于一些示例)并使用 FEA 來(lái)處理更復(fù)雜的形狀和電路。我們可以選擇具有更大矯頑力的材料等級(jí)來(lái)解決其中的一些問(wèn)題，但我們不能無(wú)限提高矯頑力，它只能讓我們做到這一點(diǎn)，這確實(shí)會(huì)增加成本和負(fù)面影響強(qiáng)度(通量密度)。磁鐵的形狀和電路在永磁體設(shè)計(jì)中至關(guān)重要。

其他一些考慮因素是制造小型磁鐵的挑戰(zhàn)。燒結(jié)釹鐵硼(新磁鐵)非常脆。它們很容易在壓力下破裂，尤其是當(dāng)它們具有大表面積和薄橫截面時(shí)。釹鐵硼易氧化，所以必須鍍膜以防腐蝕。為了避免磁鐵邊緣電鍍的狗骨效應(yīng)，它們會(huì)被翻滾以使邊緣變圓并提供平滑的涂層過(guò)渡。這種在研磨介質(zhì)中的翻滾通常是安全的，但當(dāng)磁鐵很薄且面積較大時(shí)，很容易破壞磁鐵。切割非常薄的磁鐵也是一項(xiàng)挑戰(zhàn)。新磁體由較大的燒結(jié)材料塊切割而成，但通常可以克服這一挑戰(zhàn)。由于矯頑力和結(jié)構(gòu)的物理限制，與退磁和磁性能相比，加工能力的考慮要少得多。仔細(xì)考慮薄磁鐵的機(jī)械公差。0.5mm磁鐵和0.4mm磁鐵的Pc差異很大!

這種尺寸的磁鐵通常不考慮的一個(gè)方面是我們對(duì)具有不同工藝的磁鐵表面的影響。這些影響可以忽略不計(jì)，并且在表面積與體積比很小的磁體(大多數(shù)磁體)中可以安全地忽略。但是，一旦我們開始生產(chǎn)與表面積相比很薄或很小的磁鐵，中心就沒(méi)有很多未被觸及的磁質(zhì)量。如果您對(duì)其表面區(qū)域造成一些損壞(幾十微米的損壞)，大型磁鐵將按預(yù)期工作，但如果磁鐵只有幾百微米厚，則內(nèi)部幾乎沒(méi)有材料不受影響。這似乎是一個(gè)顯而易見(jiàn)的結(jié)論，但隨著磁鐵體積的減小，效果會(huì)被放大，并且通常不會(huì)被考慮在內(nèi)。當(dāng)磁鐵變薄時(shí)，表面積以比體積低得多的速度減少。這種損害來(lái)自多個(gè)來(lái)源，我們將簡(jiǎn)要介紹最大的考慮因素。研磨加工會(huì)損壞磁體的外部，通常會(huì)破壞其晶體結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致磁通量輸出低或矯頑力低(更容易使表面退磁)。電鍍前的脫氧(酸浴)可以去除一些賦予這些晶體額外矯頑力的晶間材料。最后，涂層本身不是磁鐵的一部分。充其量，它增加了磁體的氣隙并減少了有用的磁體積。例如，具有 10 微米涂層的 0.5 毫米厚的磁鐵將只有 0.48mm(兩面都有涂層)有用的磁鐵(其中一些被其他工藝損壞)，由于涂層厚度，磁鐵吸引的任何東西默認(rèn)距離更遠(yuǎn) 0.01mm。距離對(duì)磁性能有非常大的影響。涂層本身也可能是鐵磁性的(在鎳涂層的情況下)，它將磁通量從您的預(yù)期電路中帶走，并為其提供通往磁鐵另一側(cè)的路徑(有效地增加磁路的泄漏)。

結(jié)論：

從這個(gè)簡(jiǎn)短的概述中可以看出，磁體中有許多考慮因素可能會(huì)被典型的磁體設(shè)計(jì)師或工程師忽略，甚至沒(méi)有深入探討磁路其余部分和預(yù)期功能的巨大影響。