Hva du trenger å vite om magneter før du forstår magnetisk levitasjon

Er du plaget av langdistansependlingstid? Selv om vi kan nå destinasjonen din ved å ta t-banen, kjøre og fly, føles det fortsatt som om det tar lang tid. Imidlertid er det en teknologi som kan gjøre et kvalitativt sprang i pendlertiden vår, og det er magnetisk levitasjon. Kanskje du føler at magnetisk levitasjon bare eksisterer i filmer eller TV-dramaer. Men i juli 2023! Sukbae Lee (이석배), Ji-Hoon Kim (김지훈) og andre fra Korea Institute of Science and Technology dannet først et team for å studere materialet. Ren blyapatitt er en isolator, men ifølge Sukbae Lee og andre er kobberdopet blyapatitt som danner LK-99 en superleder, eller et metall ved høyere temperaturer. Selv om det ikke er noe bekreftet superledende materiale ved romtemperatur ved normalt trykk, gir det oss også håp! La oss se hvordan denne magiske LK-99 presterer på magneten!

Jeg tror du også har sett at når magneten nærmer seg materialet nedenfra, står materialet opp på grunn av frastøtning. Etter å ha byttet de magnetiske polene, står materialet fortsatt opp på grunn av frastøtning når du nærmer deg materialet.

Denne "lille svarte prikken" fortsetter å falle eller stå opp når NdFeB-magneten nærmer seg og beveger seg bort. Både S-polen og N-polen er effektive, det vil si at frastøtning ikke har noe med den magnetiske polen å gjøre, og viser antimagnetisme.

La oss ikke snakke om hvorvidt LK-99 virkelig er superledende. NdFeB-permanentmagneten kan få den til å sveve.

Når vi snakker om NdFeB permanente magneter, må vi snakke om Tesla Model S.

Elon Musk er så dristig at da Tesla holdt lanseringsarrangementet for sin første sedan, Model S, monterte de den ikke engang. Chassiset var basert på Mercedes-Benz CLS, og karosseripanelene og motordekselet i aluminium ble limt til stålrammen med bormagneter av neodymjern.

Da Tesla laget sine to første bilmodeller i full størrelse, brukte de induksjonsmotorer for å drive kjøretøyene. Disse motorene var basert på Nikola Teslas originale motordesign, som var en strålende design som gikk nesten 100 år før oppfinnelsen av sjeldne jordmagneter.

Induksjonsmotorer genererer sin egen magnetisme og driver rotoren gjennom elektrisitet, og de fungerer uten noen form for permanente magneter.

Induksjonsmotordesignet er bra, men Tesla byttet til permanentmagnetmotorer for Model 3 i 2017 med god grunn: Model 3 er en mindre bil, og den trenger en mindre motor, men har fortsatt rikelig med kraft.

Så, fra og med Model 3, brukte Tesla neodymjernbormotorer fordi de er mer plassbesparende, lettere og kan generere mer kraft.

Bruk av magneter i biler: som klimaanlegg, bremsesystemer, drivmotorer, oljepumper, etc.

Faktisk, i tillegg til å bli brukt i biler, er magneter også mye brukt i mobiltelefonhøyttalere, hodetelefoner, vibrasjonsmotorer, elektromagneter, hårfønere, vifter, kjøleskap, vaskemaskiner, etc.

(Andel magnetbruk)

Så, foruten permanente magneter som NdFeB, hva er de tre andre hovedtypene magneter? Hva er produksjonsprosessen?

La oss ta en nærmere titt!

La oss først forstå det maksimale magnetiske energiproduktet til magneter

For tiden er det tre typer magneter: permanent magnets, temporary magnets, and electromagnets.

Permanente magneter produserer et magnetfelt som opprettholdes selv i nærvær av et motsatt magnetfelt. Elektriske motorer som bruker permanente magneter er mer effektive enn de som ikke gjør det. Foreløpig inneholder alle kjente sterke magneter sjeldne jordartsmetaller, som er nøkkelkomponenter for elektriske kjøretøy og vindturbiner. Elementer som neodym og thorium har blitt nøkkelmaterialer på grunn av økende etterspørsel og begrenset tilbud.

Permanente magneter er unike ved at når de først er produsert, gir de magnetisk fluks utenenergy input, noe som resulterer i null driftskostnader. Derimot krever elektromagnetiske magneter en kontinuerlig strøm for å generere et magnetfelt.

En viktig egenskap ved permanente magneter er at de opprettholder magnetfeltet selv i nærvær av et motsatt eksternt magnetfelt. Imidlertid, hvis styrken til det motsatte magnetfeltet er høy nok, vil de indre magnetiske kjernene til den permanente magneten justeres med det motsatte magnetfeltet, noe som resulterer i avmagnetisering.

Permanente magneter fungerer i hovedsak som energilagringsenheter. Energi injiseres under den første magnetiseringsprosessen, og hvis den produseres og håndteres riktig, vil den forbli i magneten på ubestemt tid. I motsetning til et batteri, går energien i en magnet aldri tom og forblir tilgjengelig for bruk. Dette er fordi magneter ikke har noen netto effekt på omgivelsene. I stedet bruker de energien sin til å tiltrekke seg eller frastøte andre magnetiske objekter, og hjelper til med konverteringen mellom elektrisk og mekanisk energi.

Energien til et magnetfelt er proporsjonal med produktet av B og H. Når produktet av BH er maksimert (betegnet som (BH)max), er minimumsvolumet av magnet nødvendig for å produsere et gitt magnetfelt i et gitt gap. Jo høyere (BH)max, jo mindre magnetvolum kreves for å produsere en gitt flukstetthet. (BH)max kan betraktes som den statiske magnetiske energien per volumenhet av magnetmaterialet. BH måles iMega-Gauss Oersteds (MGOe) or kJ/mXNUMX.

I permanentmagnetindustrien representerer det maksimale magnetiske energiproduktet den magnetiske energitettheten til permanentmagneten og er den mest brukte parameteren for å karakterisere ytelsen til permanente magneter.

Klassifisering av permanente magneter

Permanente magneter kan deles inn i fire typer:neodymium iron boron (NdFeB),samarium cobalt (SmCo), aluminum nickel cobalt (AlNiCo)ogceramic or ferrite magnets.

La oss starte med de mest kostnadseffektive magnetene:Neodymium Iron Boron Magnets

Neodiummagneter (NdFeB) er et av de mest brukte permanentmagnetmaterialene i kommersielle applikasjoner, kjent for sinehigh magnetic energy productogmagnetic strength.

Neodiummagneter erstrongestog de flestecontroversialMagneter. De tilhører kategorien sjeldne jordmagneter fordi de er sammensatt av neodym-, jern- og borelementer.

På grunn av jerninnholdet oksideres neodymjernbormagneter lett og har dårlig korrosjonsbestandighet, og krever ofte belegg som nikkelbelegg, epoksybelegg eller sinkbelegg.

Imidlertid er de produkter med høy energitetthet (opptil55 MGOe) med høy seighet, og bruk av dem tillater mindre harddisker, motorer og lydutstyr.

Driftstemperaturområdet for neodymmagneter er80°C to 200°C. Imidlertid neodymmaterialer av høy kvalitet som kan operere over120°Ckan bli ganske dyrt.

Med tanke på kostnadseffektivitet er neodymmagneter definitivt førstevalget.

Kanskje du tenker at arbeidstemperaturen til magneten min vil overstige 200 °C, så er det umulig å bruke magneten i dette miljøet? Dette problemet kan løses med sanitære koboltmagneter.

Salmium kobolt (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.

Disse permanentmagnetene er svært korrosjonsbestandige og tåler temperaturer på opptil350°C, og noen ganger til og med opptil500 degrees. Denne temperaturbestandigheten gir dem en klar fordel i forhold til andre typer permanente magneter som er mindre tolerante for varme. Akkurat som neodymmagneter, trenger samariumkoboltmagneter også belegg for å forhindre korrosjon.

Ulempen med denne magnetvarianten er imidlertid dens lave mekaniske styrke. Saltholdighet Koboltmagneter kan lett bli sprø og utvikle sprekker. Ikke desto mindre, i tilfeller der høy temperatur og korrosjonsbestandighet er avgjørende, kan samariumkoboltmagneter være det mest hensiktsmessige alternativet.

Neodymmagneter utmerker seg i lavere temperaturer, mens Sammonium Cobalt-magneter presterer best påhigher temperatures. Neodymmagneter er kjent for å være de kraftigste permanentmagnetene ved romtemperatur og opptil omtrent 180 grader Celsius basert på remanent magnetisering (Br). Styrken deres avtar imidlertid betydelig når temperaturen øker. Når temperaturene nærmer seg 180 grader Celsius, begynner Sammonium-koboltmagneter åsurpassNeodymmagneter i ytelse.

Sammoniumkobolt rangerer som second strongest magnetic material and boasts exceptional resistance to demagnetization. Det brukes ofte i romfartsindustrien og andre sektorer og prioriterer ytelse fremfor kostnad.

Samarium-koboltmagneter, utviklet på 1970-tallet, viser en høyere magnetisk styrke sammenlignet med keramiske og aluminium-nikkel-koboltmagneter, selv om de ikke lever opp til magnetismen som tilbys av neodymmagneter. Disse magnetene er hovedsakelig klassifisert i to grupper basert på deres energinivåer. Den første gruppen, kjent somSm1Co5 (1-5), har et energiproduktsortiment som spenner fra15 to 22 MGOe. På den annen side, den andre gruppen, Sm2Co17 (2-17), omfatter et energiområde på22-32 MGOe.

Både samariumkobolt- og neodymmagneter er laget av pulveriserte metaller. De komprimeres under påvirkning av et kraftig magnetfelt før de gjennomgår en sintringsprosess.

Neodymmagneter er svært følsomme for miljøfaktorer, mens samariumkoboltmagneter av sjeldne jordarter viser utmerket korrosjonsbestandighet. Samariumkoboltmagneter av sjeldne jordarter tåler høye temperaturer uten å miste magnetismen, mens neodymmagneter bør brukes forsiktig over romtemperatur. Neodymmagneter er mer holdbare sammenlignet med samariumkoboltmagneter og kan enkelt bearbeides og inkorporeres i magnetiske sammenstillinger. Begge materialene krever bruk av diamantverktøy, EDM eller sliping under maskineringsprosessen.

La oss deretter lære om Alnico-magneter

Nikkel koboltmagneter i aluminium (AlNiCo) are conventional permanent magnet materials consisting mainly of aluminium, nikkel og kobolt.They stand as one of the earliest contemporary commercial permanent magnets, innovated by T. Mishimain Japan during the early 20th century.

Til tross for deres bemerkelsesverdige remanens, fører deres relativt beskjedne seighet til et redusert magnetisk energiprodukt (BH) maks sammenlignet med andre magnettyper. Støpt AlNiCo har evnen til å formes til intrikate former, mens sintret AlNiCo viser litt mindre magnetiske egenskaper, men overlegne mekaniske egenskaper på grunn av sin fine kornstruktur, noe som resulterer i en jevn fluksfordeling og forbedret mekanisk styrke.

Sintring AlNiCo omfatter induksjonssmelting, sliping til fine partikler, pressing, sintring, testing, belegg og magnetisering. Ulike produksjonsmetoder påvirker magnetegenskapene, med sintring som forbedrer mekaniske egenskaper og støping øker energitettheten.

Sintrede AlNiCo-magneter kommer i kvaliteter som spenner fra1.5 to 5.25 MGOe, mens støpte magneter varierer fra5.0 to 9.0 MGOe. Anisotrope AlNiCo-magneter tilbyr tilpassede magnetiseringsretningsalternativer, noe som gir verdifull allsidighet.

Aluminium nikkel koboltlegeringer viser høye maksimale driftstemperaturer og eksepsjonell korrosjonsbestandighet. Noen aluminiumnikkelkoboltkvaliteter kan fungere ved temperaturer som overstiger500°C. Disse magnetene er mye brukt i mikrofoner, høyttalere, elektriske gitarpickuper, motorer, vandrende bølgerør, Hall-sensorer og forskjellige andre applikasjoner.

Til slutt, la oss forstå magneten med størst prisfordel, som er ferrittmagnet!

ferritt magneter, also known askeramiske magneter, are composed of sintered iron oxide along with materials like barium carbonate or strontium carbonate. These magnets are recognized for their økonomisk prising, effektiv korrosjonsbestandighet og evne til å opprettholde stabilitet ved høye temperaturer opp til250 °C.

Mens deres magnetiske egenskaper ernot as strong as those of NdFeB magnets, gjør kostnadseffektiviteten til ferrittmagneter dem godt egnet forlarge-scaleProduksjon. Denne kostnadsfordelen stammer fra bruken av rimelige, lett tilgjengelige materialer som er ikke-strategiske av natur.

Keramiske magneter kan være isotrope, vise ensartede magnetiske egenskaper i alle retninger, eller anisotrope, og vise magnetisering på linje med spenningsretningen. De mest potente keramiske magnetene kan oppnå en magnetisk energi på 3.8 MGOe, noe som gjør dem til den svakeste typen permanentmagnet. Til tross for deres beskjedne magnetiske egenskaper, tilbyr de overlegen motstandskraft mot avmagnetisering sammenlignet med andre magnettyper.

Keramiske magneter viser enlow magnetic energy produkt og besittelseexcellent corrosion resistance,Brukes vanligvis sammen med komponenter med lavt karbonstål og egnet for bruk i miljøer med moderat temperatur.

Produksjonsprosessen av keramiske magneter involverer pressing og sintring, med anbefalt bruk av diamantslipeskiver på grunn av deres sprø natur.

Generelt tilbyr keramiske magneter en balanse mellom magnetisk styrke og kostnadseffektivitet, med deres sprøhet motvirket av suveren korrosjonsbestandighet. De er holdbare, motstandsdyktige mot avmagnetisering og et kostnadseffektivt alternativ for ulike bruksområder som leker, håndverk og motorer.

Sjeldne jordmagneter øker vekt- eller størrelseshensyn betydelig, mens ferritter er å foretrekke for applikasjoner som ikke krever høy energitetthet, for eksempel elektriske vinduer, seter, brytere, vifter, blåsere i apparater, noen elektroverktøy og lydutstyr.