Algúns coñecementos sobre maglev que poden interesarte
¿Estás molesto polo tempo de viaxe? Aínda que podemos chegar ao destino tomando o metro, conducir e voar, aínda parece que leva moito tempo. Non obstante, hai unha tecnoloxía que pode dar un salto cualitativo no tempo de viaxe, e é a levitación magnética. Quizais pensedes que a levitación magnética só existe en películas ou dramas de televisión. Pero en xullo de 2023! Sukbae Lee (이석배), Ji-Hoon Kim (김지훈), e outros do Instituto de Ciencia e Tecnoloxía de Corea formaron un equipo para estudar o material. A apatita de chumbo puro é un aislante, pero segundo Sukbae Lee e outros, a apatita de chumbo dopada con cobre que forma LK-99 é un superconductor, ou un metal a temperaturas máis altas. Aínda que non hai ningún material superconductor a temperatura ambiente confirmado a presión normal, tamén nos dá esperanza! Vexamos como funciona este máxico LK-99 no imán!
Creo que tamén viches que cando o imán se aproxima do material desde abaixo, o material se ergue debido á repulsión. Despois de cambiar os polos magnéticos, o material aínda permanece de pé debido á repulsión ao achegarse ao material.
Este "puntillo negro" segue caendo ou levantándose a medida que o imán NdFeB se aproxima e se afasta. Tanto o polo S como o polo N son efectivos, é dicir, a repulsión non ten nada que ver co polo magnético, mostrando anti-magnetismo.
Non falemos de se LK-99 é realmente superconductor. O imán permanente NdFeB pode levita-lo.
Falando de imanes permanentes NdFeB, debemos falar do Tesla Model S.
Elon Musk é tan atrevido que cando Tesla celebrou o evento de lanzamento do seu primeiro sedán, o Model S, nin sequera o montaron. O chasis baséase no Mercedes-Benz CLS, e os paneis de aluminio da carrocería e a tapa do motor foron pegados ao marco de aceiro con imanes de boro de ferro de neodimio.
Cando Tesla fixo os seus dous primeiros modelos de automóbiles de tamaño completo, usaron motores de indución para alimentar os vehículos. Estes motores baséanse no deseño orixinal do motor de Nikola Tesla, que foi un deseño brillante que precedeu a invención dos imanes de terras raras en case 100 anos.
Os motores de indución xeran o seu propio magnetismo e impulsan o rotor a través da electricidade, e operan sen ningún tipo de imán permanente.
O deseño do motor de indución é bo, pero Tesla cambiou a motores de imán permanente para o Model 3 en 2017 por unha boa razón: o Model 3 é un coche máis pequeno, e necesita un motor máis pequeno pero aínda ten moita potencia.
Así que, comezando co Model 3, Tesla usou motores de boro de ferro de neodimio porque aforran máis espazo, son máis lixeiros e poden xerar máis forza.
Utilización de imanes en automóbiles: como aire acondicionado, sistemas de frenos, motores de transmisión, bombas de aceite, etc.
De feito, ademais de ser utilizados en automóbiles, os imanes tamén se usan amplamente en altavoces de teléfonos móbiles, auriculares, motores de vibración, electromagnéticos, secadores de pelo, ventiladores, frigoríficos, lavadoras, etc.
(Proporción de uso de imán)
Ademais dos imanes permanentes como o NdFeB, cales son os outros tres tipos principais de imanes? Cal é o proceso de produción?
Imos ver máis de preto!
Primeiro, imos entender o produto de enerxía magnética máxima de imanes
Actualmente, hai tres tipos de imanes : imáns permanentes, imáns temporais e electrimáns.
Os imanes permanentes producen un campo magnético que se mantén mesmo na presenza dun campo magnético contrario. Os motores eléctricos que usan imanes permanentes son máis eficientes que os que non o fan. Actualmente, todos os imanes fortes coñecidos conteñen elementos de terras raras, que son compoñentes clave para vehículos eléctricos e turbinas eólicas. Elementos como o neodimio e o torio convertéronse en materiais clave debido á crecente demanda e a oferta limitada.
Os imanes permanentes son únicos porque unha vez producidos, proporcionan fluxo magnético sen entrada de enerxía , o que resulta en custos operativos nulos. En contraste, os imanes electromagnéticos requiren unha corrente continua para xerar un campo magnético.
Unha propiedade importante dos imanes permanentes é que manteñen o seu campo magnético mesmo na presenza dun campo magnético externo contrario. Non obstante, se a forza do campo magnético contrario é suficientemente alta, os núcleos magnéticos internos do imán permanente alinharanse co campo magnético contrario, o que resulta na desmagnetizar.
Os imanes permanentes actúan esencialmente como dispositivos de almacenamento de enerxía. A enerxía é inxectada durante o proceso inicial de magnetización, e se se fabrica e manexa correctamente, permanecerá no imán indefinidamente. A diferenza dunha batería, a enerxía nun imán nunca se acaba e permanece dispoñible para o seu uso. Isto débese a que os imanes non teñen ningún efecto neto no seu entorno. En vez diso, usan a súa enerxía para atraer ou repelir outros obxectos magnéticos, axudando na conversión entre a enerxía eléctrica e mecánica.
A enerxía dun campo magnético é proporcional ao produto de B e H. Cando o produto de BH é maximizado (denotado como (BH) max) , o volume mínimo do imán é necesario para producir un campo magnético determinado nun espazo determinado. Canto maior sexa o (BH) max, menor será o volume do imán necesario para producir unha determinada densidade de fluxo. (BH) max pode considerarse como a enerxía magnética estática por unidade de volume do material magnético. A BH midense en Oerteds de mega-Gauss (MGOe) ou kJ/mXNUMX.
Na industria de imán permanente, o produto de enerxía magnética máxima representa a densidade de enerxía magnética do imán permanente e é o parámetro máis usado para caracterizar o rendemento dos imán permanentes.
Clasificación dos imáns permanentes
Os imanes permanentes poden dividirse en catro tipos: bor de ferro de neodimio (NdFeB) , cobalt de samario (SmCo) ,aluminio, níquel e cobalto (AlNiCo) , e magnetos de cerámica ou ferrita .
Empecemos cos imanes máis económicos: Magnetos de ferro de boro de neodimio
Os imanes de neodio (NdFeB) son un dos materiais de imán permanente máis utilizados en aplicacións comerciais, coñecidos pola súa produto de alta enerxía magnética e a forza magnética.
Os imanes de neodio son os máis forte e a maioría controvertido imán. Pertencen á categoría de imanes de terras raras porque están compostos por elementos de neodimio, ferro e boro.
Debido ao contido de ferro, os imanes de boro de ferro de neodimio oxídense facilmente e teñen unha baixa resistencia á corrosión, e moitas veces requiren recubrimentos como revestimento de níquel, recubrimiento epoxi ou recubrimiento de cinc.
Non obstante, son produtos de alta densidade enerxética (até 55 MGOe ) con alta dureza, e o seu uso permite unidades de disco duro de menor tamaño, motores e equipos de audio.
O rango de temperatura de funcionamento dos imáns de neodimio é 80°C a 200°C - Non. Non obstante, os materiais de neodimio de alta calidade que poden operar por riba 120°C pode ser moi caro.
Considerando a rendibilidade, os imanes de neodimio son definitivamente a primeira opción.
Quizais estés pensando que a temperatura de traballo do meu imán excederá os 200 °C, así que é imposible usar o imán neste ambiente? Este problema pode ser solucionado por imán de cobalto sanitario.
Cobalt de salmio (SmCo) é un material de imán permanente de primeira calidade feito principalmente de cobalto e samario, o que o converte no material magnético máis caro de producir. O seu alto custo débese principalmente ao significativo contido de cobalto e á fragilidade da aleación de samario.
Estes imanes permanentes son altamente resistentes á corrosión e poden soportar temperaturas de ata 350°C , e ás veces ata 500 graos - Non. Esta resistencia á temperatura dálles unha clara vantaxe sobre outros tipos de imanes permanentes que son menos tolerantes ao calor. Do mesmo xeito que os imanes de neodimio, os imanes de cobalto de samario tamén necesitan revestimentos para evitar a corrosión.
Con todo, a desvantaxe desta variedade de imán é a súa baixa resistencia mecánica. Magnetos de salinidade Cobalt poden volverse fráxiles e desenvolver rachaduras. Non obstante, nos casos en que a alta temperatura e a resistencia á corrosión son esenciais, os imanes de cobalto de samario poden ser a opción máis adecuada.
Os imanes de neodimio son excelentes en temperaturas máis baixas, mentres que os imanes de cobalto de samonio funcionan mellor en temperaturas máis baixas. temperaturas máis altas - Non. Os imanes de neodimio son coñecidos por ser os imanes permanentes máis poderosos a temperatura ambiente e ata aproximadamente 180 graos Celsius baseados na magnetización remanente (Br). Con todo, a súa forza diminúe significativamente a medida que aumenta a temperatura. Cando as temperaturas chegan a 180 graos centígrados, os imanes de cobalto de samonio comezan a superposición Imán de neodimio en funcionamento.
Cobalt de Samonio clasifica como o o segundo material magnético máis forte e ten unha resistencia excepcional á desmagnetization - Non. É comúnmente utilizado na industria aeroespacial e outros sectores que priorizan o rendemento sobre o custo.
Os imanes de cobalto de samario, desenvolvidos na década de 1970, presentan unha maior resistencia magnética en comparación cos imanes de cerámica e aluminio-níquel-cobalto, aínda que non son tan magnéticos como os imanes de neodimio. Estes imanes son clasificados principalmente en dous grupos baseados nos seus niveis de enerxía. O primeiro grupo, coñecido como Sm1Co5 (1-5) , conta cunha gama de produtos enerxéticos que abarca desde 15 a 22 MGOe - Non. Por outra banda, o segundo grupo, Sm2Co17 (2-17) , abarca un rango de enerxía de 22-32 MGOe .
Tanto os imanes de cobalto de samario como de neodimio están fabricados a partir de metais en po. Son comprimidos baixo a influencia dun campo magnético potente antes de someterse a un proceso de sinterización.
Os imanes de neodimio son moi sensibles aos factores ambientais, mentres que os imanes de cobalto de samario de terras raras presentan unha excelente resistencia á corrosión. Os imanes de cobalto de samario poden soportar altas temperaturas sen perder o seu magnetismo, mentres que os imanes de neodimio deben usarse con precaución por riba da temperatura ambiente. Os imanes de neodimio son máis duradeiros en comparación cos imanes de cobalto de samario e pódense mecanizar e incorporar facilmente en conxuntos magnéticos. Ambos materiais requiren o uso de ferramentas de diamante, EDM ou rectificación durante o proceso de mecanizado.
A continuación, imos aprender sobre os imanes Alnico
Magnetos de aluminio, níquel e cobalto (AlNiCo) son materiais convencionais de imán permanente que consisten principalmente en aluminio, níquel e cobalto. Son un dos primeiros imanes permanentes comerciais contemporáneos, innovados por T. Mishima no Xapón a principios do século XX.
A pesar da súa notable remanencia, a súa dureza relativamente modesta leva a un produto de enerxía magnética (BH) max reducido en comparación con outros tipos de imán. O AlNiCo fundido ten a capacidade de formarse en formas intrincadas, mentres que o AlNiCo sinterizado mostra propiedades magnéticas lixeiramente menores pero propiedades mecánicas superiores debido á súa estrutura de granos finos, o que resulta nunha distribución uniforme do fluxo e unha maior resistencia mecánica.
A sinterización de AlNiCo inclúe a fundición por indución, a molienda en partículas finas, a prensada, a sinterización, a proba, o recubrimiento e a magnetización. Varios métodos de fabricación afectan as propiedades do imán, coa sinterización que mellora os atributos mecánicos e a fundición que aumenta a densidade de enerxía.
Os imanes sinterizados de AlNiCo están dispoñibles en diferentes graos. 1,5 a 5,25 MGOe , mentres que os imanes fundidos varían de 5,0 a 9,0 MGOe - Non. Os imanes anisotrópicos de AlNiCo ofrecen opcións de dirección de magnetización personalizadas, proporcionando unha valiosa versatilidade.
As aleacións de aluminio níquel cobalto presentan altas temperaturas máximas de funcionamento e unha resistencia excepcional á corrosión. Algunhas clases de aluminio níquel cobalto poden funcionar a temperaturas superiores a 500 °C. Estes imanes son amplamente utilizados en micrófonos, altavoces, picapes de guitarra eléctrica, motores, tubos de onda de viaxe, sensores de Hall e varias outras aplicacións.
Finalmente, imos entender o imán coa maior vantaxe de prezo, que é imán de ferrita.
Magnetos de ferrita , tamén coñecido como magnetos de cerámica , están compostos por óxido de ferro sinterizado xunto con materiais como carbonato de bario ou carbonato de estroncio. Estes imáns son recoñecidos pola súa prezo económico, resistencia efectiva á corrosión e capacidade para manter a estabilidade a altas temperaturas ata 250 °C.
Mentres que as súas características magnéticas son con un diámetro de diámetro de 0,01 mm , a rendibilidade dos imanes de ferrita fan que sexan moi adecuados para de gran escala fabricación. Esta vantaxe de custo débese ao uso de materiais baratos e facilmente dispoñibles que non son de carácter estratéxico.
Os imanes cerámicos poden ser isotrópicos, mostrando propiedades magnéticas uniformes en todas as direccións, ou anisotrópicos, mostrando magnetización en alineación coa dirección do estrés. Os imanes cerámicos máis potentes poden alcanzar unha enerxía magnética de 3.8 MGOe , o que os converte no tipo máis débil de imán permanente. A pesar das súas propiedades magnéticas modestas, ofrecen unha resistencia superior á desmagnetizar en comparación con outros tipos de imán.
Os imanes cerámicos presentan un baixa enerxía magnética produto e possuír excelente resistencia á corrosión, comúnmente utilizado xunto con compoñentes de aceiro de baixo carbono e axeitado para uso en ambientes de temperatura moderada.
O proceso de fabricación de imanes cerámicos implica prensado e sinterizado, sendo recomendado o uso de rodas de rectificación de diamantes debido á súa natureza fráxil.
En xeral, os imanes cerámicos ofrecen un equilibrio entre a resistencia magnética e a eficiencia de custo, coa súa fragilidade neutralizada por unha excelente resistencia á corrosión. Son duradeiros, resistentes á desmagnetizar, e unha opción económica para varias aplicacións como xoguetes, artesanías e motores.
Os imanes de terras raras melloran significativamente o peso ou o tamaño, mentres que os ferritos son preferibles para aplicacións que non requiren unha alta densidade de enerxía, como fiestras eléctricas, asentos, interruptores, ventiladores, sopradores en electrodomésticos, algunhas ferramentas eléctricas e equipos de audio.
