Sdílet článek

Výběr magnetů

Základní znalosti

Magnety mají v průmyslových aplikacích velký význam. Používají se v různých aplikacích, od elektromotorů po snímače a regulátory. Výběr správného magnetu pro konkrétní aplikaci však vyžaduje hluboké porozumění magnetickým vlastnostem, materiálům a konstrukčním prvkům.

Předpoklady pro magnetismus

Předpokladem magnetismu je speciální fyzikální charakteristika elektronů, které se otáčejí kolem své vlastní osy. Pro tuto tzv. rotaci je však rozhodující směr. Magnetismus je možný pouze tehdy, jsou-li elektrony vyrovnány ve stejném směru. Z tohoto důvodu jsou pro magnetizaci zvláště vhodné kovy, protože atomy jsou zde uspořádány ve tvaru mřížky. To umožňuje volný pohyb elektronů a jejich snadnější přizpůsobení směru otáčení. Magnety mají vždy severní pól (N) a jižní pól (S), které se navzájem odpuzují. Na rozdíl od plusových a minusových nábojů v elektřině není možné mít samostatný kladný nebo záporný pól. Při rozdělení magnetu se vždy vytvoří nový, menší magnet. Nejmenší nedělitelné množství se také nazývá základní magnet. Nacházejí se například ve železném stavu – v nevyrovnané formě.

Tyčový magnet
Tyčový magnet
Válcový magnet s vyznačenými magnetickými póly
Válcový magnet s vyznačenými magnetickými póly

Přehled magnetů

V závislosti na jejich schopnosti být přirozeně magnetický nebo magnetizovat pomocí externího zdroje energie se rozlišuje mezi následujícími typy magnetů:

  • Permanentní magnety: U permanentních magnetů se elektrony pohybují kolem své vlastní osy již v zarovnaném vzoru, čímž vytvářejí permanentně magnetické pole. Například železo, kobalt a nikl jsou ze své podstaty magnetické. Permanentní magnety jsou rozděleny na tvrdé a měkké magnety. Tvrdé magnety mají vysokou odolnost (odolnost proti demagnetizaci) a koercitivní sílu pole (síla magnetického pole potřebná k úplné demagnetizaci magnetu), zatímco měkké magnety lze snadno zmagnetizovat a demagnetizovat.
  • Elektromagnety: V elektromagnetech je magnetismus generován při napájení elektrického proudu. Jakmile elektrony protékají elektrickým vodičem, proud kolem nich vytvoří magnetické pole. Obvykle se jedná o drát s vinutími, kde každá vinutí smyčky slouží jako kruhový vodič. Celkově to vede k velmi silnému celkovému magnetickému poli, které přesahuje trvalé magnety.
Válcový magnet
Válcový magnet
Hranaté neodymové magnety
Hranaté neodymové magnety

Základní magnetické vlastnosti

Základní vlastnosti magnetů zahrnují:

  • Magnetická indukce (Tesla): Povrchová hustota magnetického toku, který prochází vertikálně určitým povrchovým prvkem. Termín magnetická indukce se často používá synonymně a také popisuje stejný fyzikální jev, ale v jiném kontextu (elektrodynamika a elektromagnetická indukce).
  • Síla magnetického pole (ampéry na metr): Přiřazuje sílu a směr magnetického pole generovaného magnetickým napětím každému prostorovému bodu.
  • Magnetická permeabilita (také magnetická vodivost): Určuje schopnost materiálů procházet magnetickými poli nebo se přizpůsobovat magnetickému poli.

Tyto vlastnosti ovlivňují výkon magnetu v určitých aplikacích.

Demagnetizace permanentních magnetů

Permanentní magnety lze demagnetizovat. Nicméně stále může existovat nízká zbytková magnetizace. Při demagnetizaci musí být narušeno vyrovnání atomových rotací. K tomu může dojít například vlivem vnějších vlivů, jako je teplo, silné nárazy nebo jiná magnetická pole. Například každý magnetický materiál má maximální aplikační teplotu, nazývanou také Curieova teplota. Nad touto teplotou se mění magnetické vlastnosti. Tato teplota je přibližně 769 °C pro železo, přibližně 1127 °C pro kobalt a přibližně 358 °C pro nikl. Elektromagnety lze demagnetizovat vypnutím napájení.

Výroba magnetů a použité materiály

Pro magnety existují různé výrobní procesy. Nejčastější je však prášková metalurgie, ve které jsou materiály nejprve rozmělněny a poté smíchány a stlačeny. Kompresní proces probíhá za tepla a také se nazývá sintrování kapalné fáze. Nakonec probíhá proces magnetizace, ve kterém jsou elementární magnety v polotovaru zarovnány v jednom směru pomocí velkého magnetu nebo elektromagnetů. Činná magnetická síla by měla být přibližně třikrát vyšší než magnetická síla, kterou by měl mít konečný magnet. Mezi běžné materiály patří neodym-železo-bór (NdFeB), samarium-kobalt (SmCo), AlNiCo (hliník-nikl-kobalt) a ferity.

Typy magnetů podle materiálu
Typ magnetu Vlastnosti
Neodymový magnet Má nejsilnější magnetickou sílu mezi aktuálně dostupnými materiály a dokáže vyvíjet vysokou magnetickou sílu navzdory své malé velikosti. Nevýhodou je, že je velmi náchylný ke korozi.
Kobaltový magnet Je to materiál s druhou nejsilnější magnetickou silou za neodymovými magnety. Výhodou je, že tak snadno nekoroduje a je odolný vůči vysokým teplotám. Protože však materiál má nízkou mechanickou pevnost a snadno se láme, doporučuje se při manipulaci opatrnost.
Feritový magnet Přestože je magnetická síla slabá, je poměrně obtížné jej demagnetizovat. Má také nízkou mechanickou pevnost a snadno praská, takže se při manipulaci doporučuje opatrnost.
Magnet AlNiCo Má vynikající teplotní vlastnosti a mechanickou pevnost. Nevýhodou je, že demagnetizace je extrémně snadná.

Vybrané materiály závisí na faktorech, jako je provozní teplota, magnetický výkon a náklady. Nyní je také možné vyrábět plastem spojované magnety, jako jsou pryžové magnety.

Výběr magnetů

Aby bylo možné vybrat správný magnet, je důležité znát parametry, které ovlivňují výkon magnetu:

  • Remanence: Hustota toku, kterou magnet drží v uzavřené smyčce.
  • Koercitivní síla pole: Měřítko demagnetizačního odporu.
  • Maximální energetický produkt: Remanence (Br) magnetu vynásobená koercitivní silou pole (Hc).
  • Hustota toku otevřené smyčky: Intenzita magnetického pole (měřeno v Tesla, dříve Gauß). Popisuje hustotu generovaného magnetického pole (hustota toku). Magnetické pole je vizualizováno jako magnetické linie podél směru magnetizace. Intenzita (síla) pole je hustota těchto čar nad určitou oblastí a celkový počet čar popisuje magnetická indukce.
  • Adhezní síla: Přitažlivost magnetu měřená v Newtonech. Na přitažlivost má vliv výběr materiálu, povrchová textura a magnetický úhel přitažlivosti.

Následující tabulka uvádí referenční hodnoty pro výběr magnetů na základě adsorpční síly a hustoty toku.

Referenční rozsahy – výběr magnetů
Číslo dílu L Tah
N		     Hustota toku magnetického povrchu
Gauss [G]
Verze D HXNN HXN
HXNH		 HXMS HXNN HXN
HXNH		 HXMS
HXNN
(silný neodym)

HXN
(neodym)

HXNH
(neodym odolný vůči teplu)

HXMS
(Samarium-kobalt)		 1 2 0.08 0.06 0.04 1900 až 2100 1100 až 1300 900 až 1100
3 - 0.07 0.05 - 1200 až 1400 1000 až 1200
5 0.1 0.08 0.06 2100 až 2300 1300 až 1500 1100 až 1300
2 2 0.77 0.59 0.39 3500 až 3700 2400 až 2600 2000 až 2200
3 0.9 0.69 0.49 3700 až 3900 3100 až 3300 2600 až 2800
4 0.93 0.72 - 3700 až 3900 3400 až 3600 -
5 1.01 0.78 0.49 4100 až 4300 3100 až 3300 2600 až 2800
3 1 1.39 1.07 - 2700 až 2900 2000 až 2400 '-
2 2.04 1.57 1.08 3700 až 4000 3100 až 3300 2600 až 2800
3 2.55 1.96 1.37 4200 až 4500 3300 až 3500 2800 až 3000
4 2.93 2.25 1.47 4400 až 4700 3400 až 3600 2900 až 3100
5 3.06 2.35 1.57 4500 až 4800 3500 až 3700 2900 až 3100
6 3.6 2.82 '- 4600 až 4800 4100 až 4300 '-
4 1 '- 1.47 - - 2000 až 2200 -
2 3.69 2.84 1.86 4100 až 4300 3100 až 3300 2600 až 2800
3 4.97 3.82 2.55 4200 až 4500 3600 až 3800 3100 až 3300
4 5.6 4.31 2.94 4500 až 4800 3800 až 4000 3200 až 3400
5 6.11 4.7 3.14 4800 až 5100 4000 až 4200 3400 až 3600
8 8.5 6.82 - 5100 až 5400 4500 až 4700 -
10 9.04 6.96 - 5200 až 5500 4500 až 4700 -
5 1 - 1.45 - - 1800 až 2000 -
2 5.1 3.92 2.65 3500 až 3700 3000 až 3200 2500 až 2700
3 7.51 5.78 3.82 4200 až 4500 3800 až 4000 3200 až 3400
4 8.92 6.86 4.61 4600 až 4900 4000 až 4200 3400 až 3600
5 9.93 7.64 5.1 4900 až 5100 4300 až 4500 3600 až 3800
6 10.57 8.13 5.39 5100 až 5400 4300 až 4500 3600 až 3800
8 11.64 8.96 - 5200 až 5500 4700 až 4900 -
10 12.74 9.8 - 5400 až 5700 4800 až 5000 -
6 2 6.5 5 3.33 3100 až 3400 2900 až 3100 2400 až 2600
3 9.93 7.64 5.1 4000 až 4300 3700 až 3900 3100 až 3300
4 12.48 9.6 6.47 4600 až 4900 3900 až 4100 3300 až 3500
5 - 10.88 7.25 - 4300 až 4500 3600 až 3800
6 15.29 11.76 7.84 5100 až 5400 4400 až 4600 3700 až 3900
8 15.34 11.8 - 5400 až 5600 4700 až 4900 -
10 15.39 11.84 - 5500 až 5800 4800 až 5000 -
8 2 - 6.66 4.41 - 2400 až 2600 2000 až 2200
3 14.01 10.78 7.45 3500 až 3800 3200 až 3400 2700 až 2900
5 23.31 17.93 11.96 4700 až 5000 4200 až 4400 3500 až 3700
6 26.76 20.59 - 5100 až 5400 4700 až 4900 -
8 29.94 23.03 15.39 5400 až 5700 4600 až 4800 3900 až 4100
10 31.23 24.02 - 5600 až 5900 5000 až 5200 -
10 2 - 7.84 5.29 - 2000 až 2200 1700 až 1900
3 18.34 14.11 9.41 3100 až 3400 2800 až 3000 2400 až 2600
5 32.23 24.79 16.56 4300 až 4600 3800 až 4000 3200 až 3400
8 - 34.3 23.03 - 4700 až 4900 4000 až 4200
10 49.43 38.02 25.48 5500 až 5800 4900 až 5100 4100 až 4300
12 2 - 9.02 5.98 - 1600 až 1800 1300 až 1500
3 - 16.46 11.07 - 2500 až 2700 2100 až 2300
5 - 31.16 20.87 - 3600 až 3800 3000 až 3200
8 - 46.55 31.07 - 4500 až 4700 3800 až 4000
10 - 52.72 35.28 - 4800 až 5000 4000 až 4200
15 2 - 10.58 7.06 - 1400 až 1600 1100 až 1300
3 - 19.6 13.13 - 2300 až 2500 1900 až 2100
5 - 39.59 26.46 - 3100 až 3300 2600 až 2800
8 - 64.39 43.02 - 4200 až 4400 3500 až 3700
10 - 75.85 50.67 - 4600 až 4800 3800 až 4000
20 3 - 34.32 - - 1700 až 1900 -
10 - 98.06 - - 4200 až 4400 -
Poznámka: Referenční rozsahy tahu a hustoty magnetického povrchového toku se vztahují pouze na magnety.
Barevná strana s N pólem. (HXNN: zelená, HXN: červená, HXNH: černá, HXMS: modrá)

Další informace naleznete v produktovém katalogu.

Prostředí, ve kterém bude magnet fungovat, také ovlivňuje výkon a trvanlivost. Kromě již zmíněné teploty ovlivňuje magnetické vlastnosti vlhkost (tvorba rzi), mechanické namáhání nebo koroze. Proto je třeba při výběru vzít v úvahu všechny okolnosti a v případě potřeby použít magnety se speciálními vlastnostmi, jako je vysoká odolnost proti vlhkosti.

Společnost MISUMI nabízí magnety pro každé použití. Tato řada zahrnuje vysoce tepelně odolné neodymové magnety a také pružné gumové magnety nebo prefabrikované magnetické háčky. Například: kulaté magnety, magnety s držáky, gumové magnety, magnety (šroubovatelné), magnety (obdélníkové) nebo držáky magnetů (přepínatelné).

Kvalita magnetu jako důležitá měrná jednotka

Kvalita magnetu je důležitou jednotkou měření magnetů. Skládá se z písmene následovaného číslem, např. UH45:

  • Písmeno: Písmeno označuje maximální provozní teplotu. Magnety mají obvykle maximální provozní teplotu 80 °C, která je označena písmenem N. Další informace mohou být: M až do 100 °C, H až do 120 °C, SH až do 150 °C, UH až do 180 °C a EH až do 200 °C.
  • Číslo: Číslo označuje uloženou magnetickou energii na objem. Je to součin síly magnetického pole H a magnetické indukce B.

Průmyslové použití magnetů

Magnety jsou v průmyslu nepostradatelné. Elektromagnety se například používají v automobilovém průmyslu všude tam, kde se používají elektromotory. Otáčení motoru je ovlivněno přitažlivými a odpudivými silami magnetu. Magnety se používají také v relé. Zde je v obvodu nainstalován elektromagnetický spínač a poté je vytvořeno magnetické pole prostřednictvím slabého zdroje napájení. Spínač se zavře, když je napájení napájeno, a otevře se, jakmile je proud vypnutý, čímž se uvolní magnetické pole. V některých vysokorychlostních vlacích a magnetických levitačních vlacích se silné magnety používají ke zvedání vozidel nad zemi a umožňují jim plynule a rychle klouzat. Kromě toho se magnety a jejich vlastnosti specificky používají v systémech dopravníkových pásů. Dopravovaný materiál tak může být snadno separován nebo vytříděn, což je obzvláště důležité v odvětví recyklace a zpracování odpadu.

Permanentní magnety se například používají v následujících aplikacích:

  • Dopravníky: Permanentní magnety se používají k oddělení feromagnetických materiálů od neferomagnetických materiálů, např. v recyklačním průmyslu. Magnetické materiály jsou shromažďovány a odstraňovány permanentním magnetem.
  • Bezpečnostní zařízení: V mechanickém inženýrství a konstrukci strojů se permanentní magnety používají v zádržných dvířkách nebo ochranných skříních. Například udržují dveře nebo klapky zavřené, což umožňuje přístup k nebezpečným součástem stroje.
  • Systémy kontroly přístupu: Permanentní magnety se zde používají ve spojení s elektromagnety. Permanentní magnet je trvale upevněn, zatímco elektromagnet reguluje uzamykací mechanismus překonáním síly permanentního magnetu při aktivaci (např. pomocí přístupové karty), čímž se odemknou dvířka.

Možnosti použití jsou velmi všestranné a odrážejí se v rozsáhlém produktovém portfoliu společnosti MISUMI.

Podobné články

Třídy pevnosti v tahu šroubů a matic z nerezové oceli

Pevnost v tahu oceli a nerezové oceli je důležitým parametrem, pokud jde o nosnost a bezpečnost závitových spojů. Je tvořena dvěma klíčovými parametry pro ocelové šrouby, na jejichž základě lze snadno stanovit pevnost v tahu a mez kluzu. Ale počínaje určitou velikostí jsou šrouby z nerezové oceli a matice z nerezové oceli označeny kombinací písmen a číslic (např. A4-80). Kombinace písmen a číslic uspořádaná před spojovníkem přiřazuje šroub tak označené skupině materiálu a ocelové skupině, a poskytuje tak informace o základních vlastnostech materiálu šroubu. Číslo 80 vpravo od spojovníku označuje třídu síly. Tento článek ukazuje, jak používat pevnostní třídu šroubů z nerezové oceli ke stanovení jejich limitů použití a poskytuje přehled nosnosti typických tříd pevnosti.

SpojováníZákladní znalosti
9 minut na přečtení

Pneumatické obvody a schémata pneumatických obvodů – základy kapalinového inženýrství

Tento článek se zabývá základy pneumaticky, pneumatických obvodů a schémat pneumatických obvodů. Pneumatika je oblast kapalinového inženýrství, která se zabývá stlačeným vzduchem a jeho aplikací v různých systémech. Pneumatická řídicí technologie se používá v mnoha průmyslových odvětvích a sektorech, jako je manipulace s materiálem, robotika nebo doprava.

PneumatikaZákladní znalosti
15 minut na přečtení

Výpočty konstrukce pružin

Pružiny jsou mechanické komponenty, které dokáží ukládat a dodávat energii napětí vytvořenou prací použitou k napínání, prodlužování nebo stlačování pružiny ve formě deformační nebo napínací energie. Používají se v mnoha aplikacích a lze je najít v malých elektronických součástech i ve velkých průmyslových strojích. Aby pružina plnila svou funkci, musí být správně navržena. Za tímto účelem jsou počítány parametry, jako je tuhost pružiny a pojezd pružiny.

KonstrukceZákladní znalosti
9 minut na přečtení

Výpočet hmotného středu – včetně příkladů

Výpočet hmotného středu je důležitým krokem v mnoha úkolech ve strojírenství a při navrhování strojů a součástí. Hmotný střed značí, kde je hmotnost těla koncentrována, a umožňuje tak stanovení sil a momentů v systému. Tento článek zkoumá základy výpočtu hmotného středu a uvádí příklady z reálného světa.

KonstrukceZákladní znalosti
9 minut na přečtení