Co potřebujete vědět o magnetech, než pochopíte magnetickou levitaci

Trápí vás doba dojíždění na dlouhé vzdálenosti? I když se k vašemu cíli můžeme dostat metrem, autem a létáním, stále se zdá, že to trvá dlouho. Existuje však technologie, která může udělat kvalitativní skok v naší době dojíždění, a tou je magnetická levitace. Možná máte pocit, že magnetická levitace existuje pouze ve filmech nebo televizních dramatech. Ale v červenci 2023! Sukbae Lee (이석배), Ji-Hoon Kim (김지훈) a další z Korejského institutu vědy a technologie nejprve vytvořili tým, který měl materiál studovat. Čistý olovnatý apatit je izolant, ale podle Sukbae Lee a dalších je mědí dopovaný olovnatý apatit, který tvoří LK-99, supravodičem nebo kovem při vyšších teplotách. Ačkoli neexistuje žádný potvrzený supravodivý materiál při pokojové teplotě za normálního tlaku, dává nám to také naději! Podívejme se, jak si tento magický LK-99 povede na magnetu!

Věřím, že jste také viděli, že když se magnet přiblíží k materiálu zespodu, materiál se vlivem odpuzování postaví. Po změně magnetických pólů materiál stále stojí v důsledku odpuzování při přiblížení k materiálu.

Tato "malá černá tečka" neustále padá nebo se zvedá, jak se magnet NdFeB přibližuje a vzdaluje. Jak pól S, tak pól N jsou účinné, to znamená, že odpuzování nemá nic společného s magnetickým pólem, což ukazuje na antimagnetismus.

Nemluvme o tom, zda je LK-99 skutečně supravodivý. Permanentní magnet NdFeB jej může přimět k levitaci.

Když už mluvíme o permanentních magnetech NdFeB, musíme mluvit o Tesle Model S.

Elon Musk je tak odvážný, že když Tesla pořádala zahajovací akci svého prvního sedanu, Modelu S, ani ho nesmontovala. Podvozek vycházel z Mercedesu-Benz CLS a hliníkové panely karoserie a kryt motoru byly k ocelovému rámu přilepeny neodymovými magnety ze železa a boru.

Když Tesla vyrobila své první dva modely aut v plné velikosti, používala k pohonu vozidel indukční motory. Tyto motory byly založeny na původním návrhu motoru Nikoly Tesly, což byl skvělý design, který předcházel vynálezu magnetů vzácných zemin téměř o 100 let.

Indukční motory generují svůj vlastní magnetismus a pohánějí rotor prostřednictvím elektřiny a pracují bez jakéhokoli typu permanentních magnetů.

Konstrukce indukčního motoru je dobrá, ale Tesla přešla na motory s permanentními magnety pro Model 3 v roce 2017 z dobrého důvodu: Model 3 je menší auto a potřebuje menší motor, ale stále má dostatek výkonu.

Počínaje Modelem 3 tedy Tesla používala neodymové motory se železným borem, protože jsou prostorově úspornější, lehčí a mohou generovat větší sílu.

Použití magnetů v automobilech: jako jsou klimatizace, brzdové systémy, hnací motory, olejová čerpadla atd.

Ve skutečnosti, kromě použití v automobilech, jsou magnety také široce používány v reproduktorech mobilních telefonů, sluchátkách, vibračních motorech, elektromagnetech, vysoušečích vlasů, ventilátorech, ledničkách, pračkách atd.

(Podíl použití magnetu)

Takže, kromě permanentních magnetů, jako je NdFeB, jaké jsou další tři hlavní typy magnetů? Jaký je výrobní proces?

Pojďme se na to podívat blíže!

Nejprve si pojďme vysvětlit maximální magnetický energetický produkt magnetů

V současné době existují tři typy magnetů: permanent magnets, temporary magnets, and electromagnets.

Permanentní magnety vytvářejí magnetické pole, které je udržováno i v přítomnosti opačného magnetického pole. Elektromotory, které používají permanentní magnety, jsou účinnější než ty, které je nepoužívají. V současné době všechny známé silné magnety obsahují prvky vzácných zemin, které jsou klíčovými součástmi pro elektrická vozidla a větrné turbíny. Prvky jako neodym a thorium se staly klíčovými materiály kvůli rostoucí poptávce a omezené nabídce.

Permanentní magnety jsou jedinečné v tom, že jakmile jsou vyrobeny, poskytují magnetický tok bezenergy input, což vede k nulovým provozním nákladům. Naproti tomu elektromagnetické magnety vyžadují k vytvoření magnetického pole nepřetržitý proud.

Důležitou vlastností permanentních magnetů je, že si udržují své magnetické pole i v přítomnosti opačného vnějšího magnetického pole. Pokud je však síla opačného magnetického pole dostatečně vysoká, vnitřní magnetická jádra permanentního magnetu se vyrovnají s opačným magnetickým polem, což má za následek demagnetizaci.

Permanentní magnety v podstatě fungují jako zařízení pro skladování energie. Energie je vstřikována během počátečního procesu magnetizace, a pokud je vyrobena a je s ní správně zacházeno, zůstane v magnetu po neomezenou dobu. Na rozdíl od baterie se energie v magnetu nikdy nevyčerpá a zůstává k dispozici pro použití. Je to proto, že magnety nemají žádný čistý vliv na své okolí. Místo toho využívají svou energii k přitahování nebo odpuzování jiných magnetických objektů, což napomáhá přeměně mezi elektrickou a mechanickou energií.

Energie magnetického pole je úměrná součinu B a H. Když je součin BH maximalizován (označeno jako (BH)max), je minimální objem magnetu potřebný k vytvoření daného magnetického pole v dané mezeře. Čím vyšší je (BH)max, tím menší objem magnetu je potřebný k vytvoření dané hustoty toku. (BH)max si lze představit jako statickou magnetickou energii na jednotku objemu materiálu magnetu. BH se měří vMega-Gauss Oersteds (MGOe) or kJ/mXNUMX.

V průmyslu permanentních magnetů představuje součin maximální magnetické energie hustotu magnetické energie permanentního magnetu a je nejčastěji používaným parametrem pro charakterizaci výkonu permanentních magnetů.

Klasifikace permanentních magnetů

Permanentní magnety lze rozdělit do čtyř typů:neodymium iron boron (NdFeB),samarium cobalt (SmCo), aluminum nickel cobalt (AlNiCo)aceramic or ferrite magnets.

Začněme cenově nejvýhodnějšími magnety:Neodymium Iron Boron Magnets

Neodiové magnety (NdFeB) jsou jedním z nejpoužívanějších materiálů s permanentními magnety v komerčních aplikacích, které jsou známé svýmihigh magnetic energy productamagnetic strength.

Neodiové magnety jsoustrongesta většinacontroversialmagnety. Patří do kategorie magnetů vzácných zemin, protože jsou složeny z prvků neodymu, železa a boru.

Vzhledem k obsahu železa se neodymové magnety železa a boru snadno oxidují a mají špatnou odolnost proti korozi a často vyžadují povlaky, jako je niklování, epoxidový povlak nebo zinkový povlak.

Jedná se však o produkty s vysokou hustotou energie (až do55 MGOe) s vysokou houževnatostí a jejich použití umožňuje menší rozměry pevných disků, motorů a audio zařízení.

Rozsah provozních teplot neodymových magnetů je80°C to 200°C. Vysoce kvalitní neodymové materiály, které mohou fungovat výše120°Cmůže být docela drahé.

S ohledem na nákladovou efektivitu jsou neodymové magnety rozhodně první volbou.

Možná si říkáte, že pracovní teplota mého magnetu přesáhne 200°C, není tedy možné magnet v tomto prostředí použít? Tento problém mohou vyřešit sanitární kobaltové magnety.

Salmium kobalt (SmCo) is a premium permanent magnet material primarily made from cobalt and samarium, making it the most costly magnetic material to produce. Its high cost is mainly due to the significant cobalt content and the brittleness of the samarium alloy.

Tyto permanentní magnety jsou vysoce odolné proti korozi a vydrží teploty až350°C, a někdy dokonce až500 degrees. Tato teplotní odolnost jim dává výraznou výhodu oproti jiným typům permanentních magnetů, které jsou méně tolerantní vůči teplu. Stejně jako neodymové magnety, i samarium-kobaltové magnety potřebují povlaky, které zabraňují korozi.

Nevýhodou této odrůdy magnetů je však jeho nízká mechanická pevnost. Salinita Kobaltové magnety se mohou snadno změnit na křehké a vytvořit praskliny. Nicméně v případech, kdy je nezbytná odolnost vůči vysokým teplotám a korozi, mohou být nejvhodnější volbou samarium-kobaltové magnety.

Neodymové magnety vynikají při nižších teplotách, zatímco magnety Sammonium Cobalt fungují nejlépe přihigher temperatures. Neodymové magnety jsou známé tím, že jsou nejsilnějšími permanentními magnety při pokojové teplotě a až do přibližně 180 stupňů Celsia na základě zbytkové magnetizace (Br). Jejich síla však výrazně klesá se zvyšující se teplotou. Když se teploty blíží 180 stupňům Celsia, magnety Sammonium Cobalt začnou klesatsurpassNeodymové magnety ve výkonu.

Sammonium Cobalt se řadí mezi nejlepší výrobce second strongest magnetic material and boasts exceptional resistance to demagnetization. Běžně se používá v leteckém průmyslu a dalších odvětvích, kde se upřednostňuje výkon před náklady.

Samariové kobaltové magnety, vyvinuté v 1970. letech, vykazují vyšší magnetickou sílu ve srovnání s keramickými a hliníkovo-nikl-kobaltovými magnety, i když zaostávají za magnetismem nabízeným neodymovými magnety. Tyto magnety jsou rozděleny do dvou skupin na základě jejich energetické úrovně. První skupina, známá jakoSm1Co5 (1-5)se může pochlubit sortimentem energetických produktů od15 to 22 MGOe. Na druhé straně druhá skupina, Sm2Co17 (2-17), zahrnuje energetický rozsah22-32 MGOe.

Samariové, kobaltové i neodymové magnety jsou vyrobeny z práškových kovů. Jsou stlačeny pod vlivem silného magnetického pole, než projdou procesem slinování.

Neodymové magnety jsou vysoce citlivé na faktory prostředí, zatímco samarium-kobaltové magnety vzácných zemin vykazují vynikající odolnost proti korozi. Samarium-kobaltové magnety vzácných zemin vydrží vysoké teploty, aniž by ztratily svůj magnetismus, zatímco neodymové magnety by měly být používány opatrně nad pokojovou teplotou. Neodymové magnety jsou odolnější ve srovnání se samarium-kobaltovými magnety a lze je snadno obrobit a začlenit do magnetických sestav. Oba materiály vyžadují použití diamantových nástrojů, EDM nebo broušení během procesu obrábění.

Dále se seznámíme s magnety Alnico

Hliník Nikl-Kobalt Magnety (AlNiCo) are conventional permanent magnet materials consisting mainly of hliník, nikl a kobalt.They stand as one of the earliest contemporary commercial permanent magnets, innovated by T. Mišimain Japan during the early 20th century.

Navzdory jejich pozoruhodné remanenci vede jejich relativně skromná houževnatost ke snížení magnetického energetického produktu (BH)max ve srovnání s jinými typy magnetů. Lité AlNiCo má schopnost tvarovat do složitých tvarů, zatímco slinuté AlNiCo vykazuje o něco menší magnetické vlastnosti, ale vynikající mechanické vlastnosti díky své jemnozrnné struktuře, což má za následek rovnoměrné rozložení toku a zvýšenou mechanickou pevnost.

Slinování AlNiCo zahrnuje indukční tavení, mletí na jemné částice, lisování, slinování, testování, potahování a magnetizaci. Různé výrobní metody ovlivňují vlastnosti magnetu, přičemž slinování zlepšuje mechanické vlastnosti a odlitek zvyšuje hustotu energie.

Slinuté magnety AlNiCo se dodávají v jakostech od1.5 to 5.25 MGOe, zatímco odlévané magnety se pohybují od5.0 to 9.0 MGOe. Anizotropní magnety AlNiCo nabízejí přizpůsobené možnosti směru magnetizace a poskytují cennou všestrannost.

Hliník Nikl Slitiny kobaltu vykazují vysoké maximální provozní teploty a výjimečnou odolnost proti korozi. Některé třídy hliníku a niklu a kobaltu mohou fungovat při teplotách přesahujících500°C. Tyto magnety jsou široce používány v mikrofonech, reproduktorech, snímačích elektrických kytar, motorech, trubicích s pohyblivou vlnou, Hallových senzorech a různých dalších aplikacích.

Nakonec se podívejme na magnet s největší cenovou výhodou, kterým je feritový magnet!

Feritové magnety, also known askeramické magnety, are composed of sintered iron oxide along with materials like barium carbonate or strontium carbonate. These magnets are recognized for their ekonomická cena, efektivní odolnost proti korozi a schopnost udržet stabilitu při vysokých teplotách až do250°C.

Zatímco jejich magnetické vlastnosti jsounot as strong as those of NdFeB magnets, díky nákladové efektivitě jsou feritové magnety vhodné prolarge-scalevýrobní. Tato nákladová výhoda pramení z použití levných, snadno dostupných materiálů, které jsou svou povahou nestrategické.

Keramické magnety mohou být izotropní, vykazující rovnoměrné magnetické vlastnosti ve všech směrech, nebo anizotropní, vykazující magnetizaci v souladu se směrem napětí. Nejúčinnější keramické magnety mohou dosáhnout magnetické energie 3.8 MGOe, což z nich činí nejslabší typ permanentního magnetu. Navzdory svým skromným magnetickým vlastnostem nabízejí vynikající odolnost proti demagnetizaci ve srovnání s jinými typy magnetů.

Keramické magnety vykazují alow magnetic energy produkt a vlastnitexcellent corrosion resistance,Běžně se používá spolu se součástmi z nízkouhlíkové oceli a je vhodný pro použití v prostředí s mírnými teplotami.

Výrobní proces keramických magnetů zahrnuje lisování a slinování, přičemž se doporučuje použití diamantových brusných kotoučů kvůli jejich křehké povaze.

Obecně platí, že keramické magnety nabízejí rovnováhu mezi magnetickou silou a nákladovou efektivitou, přičemž jejich křehkost je vyvážena vynikající odolností proti korozi. Jsou trvanlivé, odolné vůči demagnetizaci a cenově výhodné možnosti pro různé aplikace, jako jsou hračky, řemesla a motory.

Magnety vzácných zemin významně zvyšují hmotnost nebo velikost, zatímco ferity jsou vhodnější pro aplikace, které nevyžadují vysokou hustotu energie, jako jsou elektricky ovládaná okna, sedadla, spínače, ventilátory, dmychadla ve spotřebičích, některé elektrické nářadí a audio zařízení.