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產品選擇方法 / Product Selection

燒結Nd-Fe-B是迄今為止人類發現的磁性最強的永磁材料。中國擁有豐富的稀土資源, 隨著制造的規模化以及先進的生產工藝和技術的發展,燒結Nd-Fe-B磁體的性價比越來越高,
已經成為現代永磁器件的首選材料。

一、為什么選擇燒結Nd-Fe-B永磁體?

燒結Nd-Fe-B永磁體具有以下不可多得的優點:
1.磁能積高。由于單位體積磁體的磁能密度高,與使用傳統永磁體相比,永磁器件的體積、重量可以大幅度減小,并使得許多永磁器件因體積、重量以及外圍附加構件、設備的大幅度減小而顯著降低了整體制造成本。另外,為減少體積、重量,減輕因電磁鐵的供電、冷卻等系統維護帶來的不

便,目前,一些歐、美國家的航天、軍事武器設計部門甚至限定:今后一些系統中需要用到磁場的各種器件必須使用永磁體來制由于冷卻系統的原因,當電磁鐵尺寸小到厘米數量級時,其維持恒定磁場的能力便不如燒結Nd-Fe-B永磁體。換句話說,當器件的尺度被限定在幾個厘米以下時.使用燒結Nd-Fe-B永磁體可以獲得更高的磁場。

2.內稟矯頑力高。燒結Nd-Fe-B永磁體的內稟矯頑力很容易達到12 kOe以上,永磁器件中磁體的厚度可以設計得很小而應用于有高退磁場的環境,使得器件可以做得輕而薄。

3.退磁曲線方形度高。燒結Nd-Fe-B磁體在很寬的反向退磁場范圍內,磁極化強度幾乎保持恒定,在B-H曲線的整個二象限乃至三象限的很寬范圍內可以保持直線。這意味著燒結Nd-Fe-B在磁路回路的不同位置,其磁極化強度總是恒定的,這就大大簡化了磁路設計的工作,使新的永磁器件的開發周期大大縮短。

4.漏磁低。 由于燒結Nd-Fe-B永磁體的單軸磁晶各向異性場大,磁體的磁通線被約束在磁體的二個極面上,漏磁通很小。另一方面,由于內稟矯頑力很高,在永磁器件中磁體沿易磁化方向的厚度可以設計得很小,進一步降低了永磁體在磁路中的漏磁通。這樣,應用FEM(有限元法)方法即可以相當精確地模擬計算出整個永磁磁路的磁場,可以為永磁器件的設計開發節約大量的成本和時間。眾所周知,在稀土永磁體發明以前,永磁磁路計算中五花八門的經驗公式恐怕是所有學科中最多的了,這是由于傳統永磁體特別是Alnico磁體,其磁晶各向異性場很低,加上內稟矯頑力小,在磁路中磁體沿易磁化方向的厚度可以必須足夠大,使得磁體相當大一部分的磁通不能到達磁體的二個極面上,沿磁體的側面存在很大的漏磁通,給整個永磁磁路的磁場的計算結果造成相當大的誤差。

5.能量效率高。由于燒結Nd-Fe-B永磁體的退磁曲線方形度高,磁體的回復磁導率可以低至1.2以下。回復磁導率?rec越低,永磁體磁場在動態工作條件下恢復到原始磁狀態的能力越強。傳統永磁體特別是Alnico磁體,其回復磁導率?rec很高,一般在5~10,在動態工作條件下外界的能量有很大一部分不能反饋回永磁系統,所以能量轉換效率低。實踐證明,在動態工作條件下的相同永磁磁路,燒結Nd-Fe-B磁體的能量轉換效率比Alnico5磁體高出5~8倍。6.渦流損失低. 燒結Nd-Fe-B永磁體的電阻率遠遠大于普通金屬材料,比 Sm-Co磁體還要高。這樣,在諸如電機等交變磁場的使用場合,磁體的渦流損耗低,器件的發熱量少,溫升就相對較低。 

二、怎樣選擇燒結Nd-Fe-B永磁體?

為了最大限度地發揮燒結Nd-Fe-B永磁體的優勢,在選擇磁體的牌號、尺寸以及表面防護層時,需要注意以下幾點:

1.永磁體在磁路中的工作負載點應高于其最高使用溫度下B-H曲線的膝點(Knee point Bk, Hk)即在最高使用溫度下、施于磁體的最大反向磁場(包括其自退磁場)Hr需低于B-H曲線的膝點所對應的磁場值Hk:(A)
或者,在最高使用溫度、最大反向磁場下,磁體內部的表觀磁通密度Bd需大于B-H曲線的膝點所對應的磁通密度Bk:(Aa)

如圖SANMAG- N46H磁體,在80C和100C下的Bk分別為0.2 T和0.4 T。因此磁體在80C和100C下的內部表觀磁通密度Bd需大于0.2 T和0.4 T。或者說,在100C下使用N46H磁體時,磁體在磁路中的工作負載線(Operating line)與B-H曲線的交點應高于膝點所對應的磁通密度0.4 T。否則,在使用過程中的永磁體會產生高溫不可逆退磁。

因此,在選擇燒結Nd-Fe-B永磁體的牌號時,首先需要確定永磁體在磁路中的最高使用溫度。

從圖中我們還可以清楚地看到,隨著溫度的升高,永磁體的剩磁和矯頑力都在下降,B-H曲線的膝點在升高。由于永磁體在磁路中的工作負載線與磁體的尺寸、以及磁體所在磁路的結構有關,一旦永磁磁路結構確定了,永磁體在磁路中的工作負載線就確定了。所以,選擇燒結Nd-Fe-B永磁體的牌號的問題,實際上歸結為確定永磁體的最低矯頑力的問題。
我們負責提供各種牌號的燒結Nd-Fe-B永磁體B-H曲線的詳盡數據。如果您需要了解永磁體在磁路中的工作負載線,請與我們的工程師聯系。

2. 燒結Nd-Fe-B永磁體尺寸的選擇
燒結Nd-Fe-B永磁體是一種脆性材料,且有著顯著的表面效應,我們一般不建議把磁體的尺寸設計成1.0 mm以下。如果您所需要的永磁體的尺寸在1.0 mm以下,請咨詢我們經驗豐富的工程師,為您提供特別的處理方案。由于燒結Nd-Fe-B永磁體脆性很大,磁體中往往還存在一定的殘余內應力,所以通常的磁體需要設計有適度的倒角,減少在使用過程中發生磕邊的危險。

3. 燒結Nd-Fe-B永磁體防護層的選擇
燒結Nd-Fe-B永磁體對環境很敏感,一般需要做專門的表面防護處理。除了溫度因素外,環境對磁體的腐蝕,是造成磁體失效的主要原因。我們可提供各種金屬和非金屬表面防護層,不同的表面防護層對磁體的外觀、耐腐蝕特性、磁性能、以及膠粘性能有著不同程度的影響。如果您需要了解這方面的問題,請咨詢我們經驗豐富的工程師。

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