Was Sie über Magnete wissen müssen, bevor Sie die Magnetschwebetechnik verstehen
Stört Sie die lange Pendelzeit? Obwohl wir Ihr Ziel mit der U-Bahn, dem Auto und dem Flugzeug erreichen können, fühlt es sich immer noch so an, als würde es lange dauern. Es gibt jedoch eine Technologie, die einen qualitativen Sprung in unserer Pendelzeit machen kann, und das ist die Magnetschwebetechnik. Vielleicht haben Sie das Gefühl, dass Magnetschwebetechnik nur in Filmen oder Fernsehdramen existiert. Aber im Juli 2023! Sukbae Lee (이석배), Ji-Hoon Kim (김지훈) und andere vom Korea Institute of Science and Technology bildeten zunächst ein Team, um das Material zu untersuchen. Reiner Bleiapatit ist ein Isolator, aber laut Sukbae Lee und anderen ist kupferdotierter Bleiapatit, der LK-99 bildet, ein Supraleiter oder ein Metall bei höheren Temperaturen. Es gibt zwar kein bestätigtes supraleitendes Material bei Raumtemperatur bei Normaldruck, aber es gibt uns auch Hoffnung! Mal sehen, wie sich dieser magische LK-99 auf dem Magneten verhält!
Ich glaube, Sie haben auch gesehen, dass, wenn sich der Magnet von unten dem Material nähert, das Material durch Abstoßung aufsteht. Nach dem Wechsel der Magnetpole steht das Material durch Abstoßung bei Annäherung an das Material immer noch aufrecht.
Dieser "kleine schwarze Punkt" fällt oder steht immer wieder auf, wenn sich der NdFeB-Magnet nähert und sich entfernt. Sowohl der S-Pol als auch der N-Pol sind wirksam, d.h. die Abstoßung hat nichts mit dem magnetischen Pol zu tun, was einen Antimagnetismus zeigt.
Lassen Sie uns nicht darüber sprechen, ob LK-99 wirklich supraleitend ist. Der NdFeB-Permanentmagnet kann ihn zum Schweben bringen.
Wenn wir von NdFeB-Permanentmagneten sprechen, müssen wir über das Tesla Model S sprechen.
Elon Musk ist so mutig, dass Tesla, als es die Auftaktveranstaltung für seine erste Limousine, das Model S, abhielt, es nicht einmal zusammenbaute. Das Fahrwerk basierte auf dem Mercedes-Benz CLS, die Karosserieteile aus Aluminium und die Motorabdeckung wurden mit Neodym-Eisen-Bor-Magneten auf den Stahlrahmen geklebt.
Als Tesla seine ersten beiden Automodelle in voller Größe herstellte, verwendeten sie Induktionsmotoren, um die Fahrzeuge anzutreiben. Diese Motoren basierten auf Nikola Teslas ursprünglichem Motordesign, einem brillanten Design, das der Erfindung der Seltenerdmagnete fast 100 Jahre vorausging.
Induktionsmotoren erzeugen einen eigenen Magnetismus und treiben den Rotor elektrisch an, und sie kommen ohne jegliche Art von Permanentmagneten aus.
Das Design des Induktionsmotors ist gut, aber Tesla hat 2017 für das Model 3 aus gutem Grund auf Permanentmagnetmotoren umgestellt: Das Model 3 ist ein kleineres Auto, und es braucht einen kleineren Motor, hat aber immer noch viel Leistung.
Beginnend mit dem Model 3 verwendete Tesla Neodym-Eisen-Bor-Motoren, weil sie platzsparender und leichter sind und mehr Kraft erzeugen können.
Verwendung von Magneten in Autos: wie Klimaanlagen, Bremssysteme, Antriebsmotoren, Ölpumpen usw.
Tatsächlich werden Magnete nicht nur in Automobilen verwendet, sondern auch häufig in Lautsprechern, Kopfhörern, Vibrationsmotoren, Elektromagneten, Haartrocknern, Lüftern, Kühlschränken, Waschmaschinen usw.
(Anteil der Magnetnutzung)
Was sind also neben Permanentmagneten wie NdFeB die anderen drei Haupttypen von Magneten? Wie läuft der Produktionsprozess ab?
Schauen wir uns das genauer an!
Lassen Sie uns zunächst das maximale magnetische Energieprodukt von Magneten verstehen
Derzeit gibt es drei Arten von Magneten: permanent magnets, temporary magnets, and electromagnets.
Permanentmagnete erzeugen ein Magnetfeld, das auch bei Vorhandensein eines entgegengesetzten Magnetfeldes aufrechterhalten wird. Elektromotoren, die Permanentmagnete verwenden, sind effizienter als solche, die dies nicht tun. Derzeit enthalten alle bekannten starken Magnete Seltenerdelemente, die Schlüsselkomponenten für Elektrofahrzeuge und Windkraftanlagen sind. Elemente wie Neodym und Thorium sind aufgrund der wachsenden Nachfrage und des begrenzten Angebots zu Schlüsselmaterialien geworden.
Permanentmagnete sind insofern einzigartig, als sie nach ihrer Herstellung einen magnetischen Fluss liefern, ohneenergy input, was zu keinen Betriebskosten führt. Im Gegensatz dazu benötigen elektromagnetische Magnete einen Dauerstrom, um ein Magnetfeld zu erzeugen.
Eine wichtige Eigenschaft von Permanentmagneten ist, dass sie ihr Magnetfeld auch in Gegenwart eines entgegengesetzten äußeren Magnetfeldes aufrechterhalten. Wenn jedoch die Stärke des entgegengesetzten Magnetfeldes hoch genug ist, richten sich die internen magnetischen Kerne des Permanentmagneten mit dem entgegengesetzten Magnetfeld aus, was zu einer Entmagnetisierung führt.
Permanentmagnete fungieren im Wesentlichen als Energiespeicher. Während des anfänglichen Magnetisierungsprozesses wird Energie eingespritzt, und wenn sie richtig hergestellt und gehandhabt wird, verbleibt sie auf unbestimmte Zeit im Magneten. Im Gegensatz zu einer Batterie geht die Energie in einem Magneten nie zur Neige und steht für die Nutzung zur Verfügung. Das liegt daran, dass Magnete keine Nettowirkung auf ihre Umgebung haben. Stattdessen nutzen sie ihre Energie, um andere magnetische Objekte anzuziehen oder abzustoßen und so die Umwandlung zwischen elektrischer und mechanischer Energie zu unterstützen.
Die Energie eines Magnetfeldes ist proportional zum Produkt von B und H. Wenn das Produkt von BH maximiert ist (bezeichnet als (BH)max)ist das minimale Volumen des Magneten erforderlich, um ein gegebenes Magnetfeld in einem gegebenen Spalt zu erzeugen. Je höher der (BH)max-Wert ist, desto kleiner ist das Volumen des Magneten, das erforderlich ist, um eine bestimmte Flussdichte zu erzeugen. (BH)max kann man sich als die statische magnetische Energie pro Volumeneinheit des Magnetmaterials vorstellen. BH wird gemessen inMega-Gauss Oersteds (MGOe) or kJ/mXNUMX.
In der Permanentmagnetindustrie stellt das maximale magnetische Energieprodukt die magnetische Energiedichte des Permanentmagneten dar und ist der am häufigsten verwendete Parameter zur Charakterisierung der Leistung von Permanentmagneten.
Klassifizierung von Permanentmagneten
Permanentmagnete können in vier Typen unterteilt werden:neodymium iron boron (NdFeB),samarium cobalt (SmCo), aluminum nickel cobalt (AlNiCo)undceramic or ferrite magnets.
Beginnen wir mit den kostengünstigsten Magneten:Neodymium Iron Boron Magnets
Neodium-Magnete (NdFeB) sind eines der am weitesten verbreiteten Permanentmagnetmaterialien in kommerziellen Anwendungen und bekannt für ihrehigh magnetic energy productundmagnetic strength.
Neodium-Magnete sind diestrongestund die meistencontroversialMagnete. Sie gehören zur Kategorie der Seltenerdmagnete, da sie sich aus Neodym-, Eisen- und Borelementen zusammensetzen.
Aufgrund des Eisengehalts sind Neodym-Eisen-Bor-Magnete leicht oxidierbar und weisen eine schlechte Korrosionsbeständigkeit auf und erfordern häufig Beschichtungen wie Vernickelung, Epoxidbeschichtung oder Zinkbeschichtung.
Es handelt sich jedoch um Produkte mit hoher Energiedichte (bis zu55 MGOe) mit hoher Zähigkeit, und ihre Verwendung ermöglicht kleinere Festplatten, Motoren und Audiogeräte.
Der Betriebstemperaturbereich von Neodym-Magneten beträgt80°C to 200°C. Hochwertige Neodym-Materialien, die über120°Ckann ganz schön teuer werden.
Unter Berücksichtigung der Wirtschaftlichkeit sind Neodym-Magnete definitiv die erste Wahl.
Vielleicht denken Sie, dass die Arbeitstemperatur meines Magneten 200 °C überschreiten wird, also ist es unmöglich, den Magneten in dieser Umgebung zu verwenden? Dieses Problem kann durch hygienische Kobaltmagnete gelöst werden.
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.
Diese Permanentmagnete sind sehr korrosionsbeständig und halten Temperaturen von bis zu350°Cund manchmal sogar bis zu500 degrees. Diese Temperaturbeständigkeit verschafft ihnen einen deutlichen Vorteil gegenüber anderen Arten von Permanentmagneten, die weniger hitzetolerant sind. Genau wie Neodym-Magnete benötigen auch Samarium-Kobalt-Magnete Beschichtungen, um Korrosion zu verhindern.
Der Nachteil dieser Magnetsorte ist jedoch ihre geringe mechanische Festigkeit. Salinity Cobalt-Magnete können leicht spröde werden und Risse entwickeln. In Fällen, in denen eine hohe Temperatur- und Korrosionsbeständigkeit unerlässlich ist, können Samarium-Kobalt-Magnete jedoch die am besten geeignete Option sein.
Neodym-Magnete zeichnen sich durch niedrigere Temperaturen aus, während Sammonium-Kobalt-Magnete am besten abschneiden beihigher temperatures. Neodym-Magnete sind dafür bekannt, dass sie bei Raumtemperatur und bis zu etwa 180 Grad Celsius auf Basis der remanenten Magnetisierung (Br) die leistungsstärksten Permanentmagnete sind. Ihre Stärke nimmt jedoch mit steigender Temperatur deutlich ab. Bei Temperaturen nahe 180 Grad Celsius beginnen Sammonium-Kobalt-Magnete zu sinkensurpassNeodym-Magnete in der Leistung.
Sammonium-Kobalt ist der second strongest magnetic material and boasts exceptional resistance to demagnetization. Es wird häufig in der Luft- und Raumfahrtindustrie und anderen Sektoren eingesetzt, in denen Leistung Vorrang vor Kosten hat.
Samarium-Kobalt-Magnete, die in den 1970er Jahren entwickelt wurden, weisen im Vergleich zu Keramik- und Aluminium-Nickel-Kobalt-Magneten eine höhere magnetische Stärke auf, wenn auch nicht den Magnetismus von Neodym-Magneten. Diese Magnete werden aufgrund ihres Energieniveaus hauptsächlich in zwei Gruppen eingeteilt. Die erste Gruppe, bekannt alsSm1Co5 (1-5)verfügt über eine Energieproduktpalette, die von15 to 22 MGOe. Auf der anderen Seite ist die zweite Gruppe, Sm2Co17 (2-17), umfasst einen Energiebereich von22-32 MGOe.
Sowohl Samarium-Kobalt- als auch Neodym-Magnete werden aus pulverförmigen Metallen hergestellt. Sie werden unter dem Einfluss eines starken Magnetfeldes verdichtet, bevor sie einen Sinterprozess durchlaufen.
Neodym-Magnete reagieren sehr empfindlich auf Umwelteinflüsse, während Samarium-Kobalt-Seltenerdmagnete eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit aufweisen. Samarium-Kobalt-Seltenerdmagnete können hohen Temperaturen standhalten, ohne ihren Magnetismus zu verlieren, während Neodym-Magnete oberhalb der Raumtemperatur vorsichtig eingesetzt werden sollten. Neodym-Magnete sind im Vergleich zu Samarium-Kobalt-Magneten haltbarer und lassen sich leicht bearbeiten und in magnetische Baugruppen einbauen. Beide Werkstoffe erfordern den Einsatz von Diamantwerkzeugen, Erodieren oder Schleifen während des Bearbeitungsprozesses.
Lassen Sie uns als Nächstes etwas über Alnico-Magnete erfahren
Aluminium-Nickel-Kobalt-Magnete (AlNiCo) are conventional permanent magnet materials consisting mainly of Aluminium, Nickel und Kobalt.They stand as one of the earliest contemporary commercial permanent magnets, innovated by T. Mishimain Japan during the early 20th century.
Trotz ihrer bemerkenswerten Remanenz führt ihre relativ bescheidene Zähigkeit zu einem reduzierten magnetischen Energieprodukt (BH)max im Vergleich zu anderen Magnettypen. Gegossenes AlNiCo besitzt die Fähigkeit, in komplizierte Formen geformt zu werden, während gesintertes AlNiCo aufgrund seiner feinen Kornstruktur etwas geringere magnetische Eigenschaften, aber überlegene mechanische Eigenschaften aufweist, was zu einer gleichmäßigen Flussmittelverteilung und einer verbesserten mechanischen Festigkeit führt.
Das Sintern von AlNiCo umfasst das Induktionsschmelzen, das Zerkleinern in feine Partikel, das Pressen, Sintern, Prüfen, Beschichten und Magnetisieren. Verschiedene Herstellungsverfahren wirken sich auf die Magneteigenschaften aus, wobei das Sintern die mechanischen Eigenschaften verbessert und das Gießen die Energiedichte erhöht.
Gesinterte AlNiCo-Magnete gibt es in Qualitäten von1.5 to 5.25 MGOe, während gegossene Magnete von5.0 to 9.0 MGOe. Anisotrope AlNiCo-Magnete bieten kundenspezifische Magnetisierungsrichtungsoptionen und bieten so eine wertvolle Vielseitigkeit.
Aluminium-Nickel-Kobalt-Legierungen weisen hohe maximale Betriebstemperaturen und eine außergewöhnliche Korrosionsbeständigkeit auf. Einige Aluminium-Nickel-Kobalt-Sorten können bei Temperaturen von über500°C. Diese Magnete werden häufig in Mikrofonen, Lautsprechern, Tonabnehmern für E-Gitarren, Motoren, Wanderfeldröhren, Hall-Sensoren und verschiedenen anderen Anwendungen eingesetzt.
Lassen Sie uns zum Schluss den Magneten mit dem größten Preisvorteil verstehen, nämlich den Ferritmagneten!
Ferrit-Magnete, also known asKeramische Magnete, are composed of sintered iron oxide along with materials like barium carbonate or strontium carbonate. These magnets are recognized for their wirtschaftliche Preisgestaltung, effektive Korrosionsbeständigkeit und Fähigkeit, die Stabilität bei hohen Temperaturen bis zu250°C.
Während ihre magnetischen Eigenschaftennot as strong as those of NdFeB magnetseignen sich Ferritmagnete aufgrund ihrer Wirtschaftlichkeit gut fürlarge-scaleHerstellung. Dieser Kostenvorteil ergibt sich aus der Verwendung von kostengünstigen, leicht verfügbaren Materialien, die nicht strategischer Natur sind.
Keramische Magnete können isotrop sein und gleichmäßige magnetische Eigenschaften in alle Richtungen aufweisen, oder anisotrop sein und eine Magnetisierung in Übereinstimmung mit der Spannungsrichtung aufweisen. Die stärksten Keramikmagnete können eine magnetische Energie von 3.8 MGOe, was sie zur schwächsten Art von Permanentmagneten macht. Trotz ihrer bescheidenen magnetischen Eigenschaften bieten sie im Vergleich zu anderen Magnettypen eine überlegene Widerstandsfähigkeit gegen Entmagnetisierung.
Keramische Magnete weisen einelow magnetic energy Produkt und besitzenexcellent corrosion resistance,Wird häufig zusammen mit Komponenten aus kohlenstoffarmem Stahl verwendet und ist für den Einsatz in Umgebungen mit moderaten Temperaturen geeignet.
Der Herstellungsprozess von Keramikmagneten umfasst das Pressen und Sintern, wobei aufgrund ihrer spröden Beschaffenheit die Verwendung von Diamantschleifscheiben empfohlen wird.
Im Allgemeinen bieten keramische Magnete ein Gleichgewicht zwischen magnetischer Stärke und Kosteneffizienz, wobei ihre Sprödigkeit durch eine hervorragende Korrosionsbeständigkeit ausgeglichen wird. Sie sind langlebig, resistent gegen Entmagnetisierung und eine kostengünstige Option für verschiedene Anwendungen wie Spielzeug, Handwerk und Motoren.
Seltenerdmagnete verbessern die Gewichts- oder Größenaspekte erheblich, während Ferrite für Anwendungen bevorzugt werden, die keine hohe Energiedichte erfordern, wie z. B. elektrische Fensterheber, Sitze, Schalter, Lüfter, Gebläse in Geräten, einige Elektrowerkzeuge und Audiogeräte.
