Πώς ο χρόνος και η θερμοκρασία επηρεάζουν τη σταθερότητα των μόνιμων μαγνητών

Η ικανότητα ενός μόνιμου μαγνήτη να υποστηρίζει ένα εξωτερικό μαγνητικό πεδίο οφείλεται στην κρυσταλλική ανισοτροπία μέσα στο μαγνητικό υλικό που «κλειδώνει» μικρές μαγνητικές περιοχές στη θέση τους.Μόλις δημιουργηθεί η αρχική μαγνήτιση, αυτές οι θέσεις παραμένουν ίδιες έως ότου εφαρμοστεί μια δύναμη που υπερβαίνει την κλειδωμένη μαγνητική περιοχή και η ενέργεια που απαιτείται για να παρέμβει στο μαγνητικό πεδίο που παράγεται από τον μόνιμο μαγνήτη ποικίλλει για κάθε υλικό.Οι μόνιμοι μαγνήτες μπορούν να δημιουργήσουν εξαιρετικά υψηλή καταναγκασμό (Hcj), διατηρώντας την ευθυγράμμιση της περιοχής παρουσία υψηλών εξωτερικών μαγνητικών πεδίων.

Η σταθερότητα μπορεί να περιγραφεί ως οι επαναλαμβανόμενες μαγνητικές ιδιότητες ενός υλικού κάτω από καθορισμένες συνθήκες κατά τη διάρκεια ζωής του μαγνήτη.Οι παράγοντες που επηρεάζουν τη σταθερότητα του μαγνήτη περιλαμβάνουν τον χρόνο, τη θερμοκρασία, τις αλλαγές στην απροθυμία, τα δυσμενή μαγνητικά πεδία, την ακτινοβολία, το σοκ, το στρες και τους κραδασμούς.

Ο χρόνος έχει μικρή επίδραση στους σύγχρονους μόνιμους μαγνήτες, οι οποίοι μελέτες έχουν δείξει αλλαγή αμέσως μετά τη μαγνήτιση.Αυτές οι αλλαγές, γνωστές ως «μαγνητικός ερπυσμός», συμβαίνουν όταν λιγότερο σταθερές μαγνητικές περιοχές επηρεάζονται από θερμικές ή μαγνητικές διακυμάνσεις ενέργειας, ακόμη και σε θερμικά σταθερά περιβάλλοντα.Αυτή η διακύμανση μειώνεται καθώς μειώνεται ο αριθμός των ασταθών περιοχών.

Οι μαγνήτες σπανίων γαιών είναι απίθανο να βιώσουν αυτό το φαινόμενο λόγω της εξαιρετικά υψηλής καταναγκαστικής τους ικανότητας.Μια συγκριτική μελέτη του μεγαλύτερου χρόνου έναντι της μαγνητικής ροής δείχνει ότι οι μόνιμοι μαγνήτες που έχουν μαγνητιστεί πρόσφατα χάνουν μια μικρή ποσότητα μαγνητικής ροής με την πάροδο του χρόνου.Για περισσότερες από 100.000 ώρες, η απώλεια υλικού κοβαλτίου σαμάριου είναι βασικά μηδενική, ενώ η απώλεια υλικού χαμηλής διαπερατότητας Alnico είναι μικρότερη από 3%.

Οι επιπτώσεις της θερμοκρασίας χωρίζονται σε τρεις κατηγορίες: αναστρέψιμες απώλειες, μη αναστρέψιμες αλλά ανακτήσιμες απώλειες και μη αναστρέψιμες και μη αναστρέψιμες απώλειες.

Αναστρέψιμες Απώλειες: Είναι οι απώλειες που ανακτώνται όταν ο μαγνήτης επιστρέψει στην αρχική του θερμοκρασία, η σταθεροποίηση μόνιμου μαγνήτη δεν μπορεί να αφαιρέσει τις αναστρέψιμες απώλειες.Οι αναστρέψιμες απώλειες περιγράφονται από τον αναστρέψιμο συντελεστή θερμοκρασίας (Tc), όπως φαίνεται στον παρακάτω πίνακα.Το Tc εκφράζεται ως ποσοστό ανά βαθμό Κελσίου, οι αριθμοί αυτοί ποικίλλουν ανάλογα με τον ειδικό βαθμό κάθε υλικού, αλλά είναι αντιπροσωπευτικοί της κατηγορίας υλικού ως σύνολο.Αυτό συμβαίνει επειδή οι συντελεστές θερμοκρασίας του Br και του Hcj είναι σημαντικά διαφορετικοί, επομένως η καμπύλη απομαγνήτισης θα έχει ένα «σημείο καμπής» σε υψηλή θερμοκρασία.

Μη αναστρέψιμες αλλά ανακτήσιμες απώλειες: Αυτές οι απώλειες ορίζονται ως η μερική απομαγνήτιση ενός μαγνήτη λόγω έκθεσης σε υψηλές ή χαμηλές θερμοκρασίες, αυτές οι απώλειες μπορούν να ανακτηθούν μόνο με επαναμαγνητισμό, ο μαγνητισμός δεν μπορεί να ανακάμψει όταν η θερμοκρασία επιστρέψει στην αρχική του τιμή.Αυτές οι απώλειες συμβαίνουν όταν το σημείο λειτουργίας του μαγνήτη είναι κάτω από το σημείο καμπής της καμπύλης απομαγνήτισης.Ένας αποτελεσματικός σχεδιασμός μόνιμου μαγνήτη θα πρέπει να έχει ένα μαγνητικό κύκλωμα στο οποίο ο μαγνήτης λειτουργεί με διαπερατότητα υψηλότερη από το σημείο καμπής της καμπύλης απομαγνήτισης στην αναμενόμενη υψηλή θερμοκρασία, γεγονός που θα αποτρέψει τις αλλαγές απόδοσης σε υψηλή θερμοκρασία.

Μη αναστρέψιμη Μη αναστρέψιμη απώλεια: Οι μαγνήτες που εκτίθενται σε εξαιρετικά υψηλές θερμοκρασίες υφίστανται μεταλλουργικές αλλαγές που δεν μπορούν να ανακτηθούν με επαναμαγνήτιση.Ο παρακάτω πίνακας δείχνει την κρίσιμη θερμοκρασία για διάφορα υλικά, όπου: Tcurie είναι η θερμοκρασία Κιουρί στην οποία τυχαιοποιείται η θεμελιώδης μαγνητική ροπή και το υλικό απομαγνητίζεται.Το Tmax είναι η μέγιστη πρακτική θερμοκρασία λειτουργίας του πρωτεύοντος υλικού στη γενική κατηγορία.

Οι μαγνήτες καθίστανται σταθεροί στη θερμοκρασία απομαγνητίζοντας μερικώς τους μαγνήτες εκθέτοντάς τους σε υψηλές θερμοκρασίες με ελεγχόμενο τρόπο.Η ελαφρά μείωση της πυκνότητας ροής βελτιώνει τη σταθερότητα του μαγνήτη, καθώς οι λιγότερο προσανατολισμένοι τομείς είναι οι πρώτοι που χάνουν τον προσανατολισμό τους.Τέτοιοι σταθεροί μαγνήτες θα παρουσιάζουν σταθερή μαγνητική ροή όταν εκτίθενται σε ίσες ή χαμηλότερες θερμοκρασίες.Επιπλέον, μια σταθερή παρτίδα μαγνητών θα παρουσιάζει χαμηλότερη διακύμανση ροής σε σύγκριση μεταξύ τους, καθώς η κορυφή της καμπύλης καμπάνας με κανονικά χαρακτηριστικά μεταβολής θα είναι πιο κοντά στην τιμή ροής της παρτίδας.


Ώρα δημοσίευσης: Ιουλ-07-2022