磁铁仍然神奇

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“永磁体是能量转换过程中独特的组成部分。稳定状态下的永久磁铁网是能量转化的可逆介质。潜在能量存储在磁体体积和与磁体相关联的外部场中。永磁体通常在动态循环下运行,其中能量从电或机械形式转换为场能,然后返回到原始形式。
磁性材料生产商协会最初出版的“永久磁铁指南”中的这些话现在是运动控制和电机协会(MCMA)的永磁部门,捕获了知识和魅力磁铁给工业和运动控制应用带来的影响。
从电机和传感器的长期应用历史到医疗,生命科学,3D打印等市场驱动的新方向,磁性组件和应用不断增长。磁铁技术总监(Elk Grove Village,IL)和MCMA永磁部门主席Karla Takasumi先生说:“重要的是要知道磁铁几乎处于我们生活中的一切。” 她说:“生产者,制造商和材料供应商的行业正在为进行更多的前端设计分析和教育最佳实践做出贡献。” “每个人都走上食物链。”
最终所有的东西
世界上所有的材料都是由原子,分子和其他受磁作用影响的粒子所组成的,因此可以说,最终所有的材料都是一定程度的磁性材料。其中,具有特别强的磁偶极子并且具有赋予它们实用价值的特殊磁性的那些材料被称为磁性材料。
可以变成磁性的材料具有排列磁偶极子的独特方法。图(a)是普通材料中磁偶极子布置的示意图。这些磁偶极子在所有方向上随机取向,因此这不是强磁性材料。另一方面,在图(b)中,磁偶极子都沿一个方向排列。这种材料表现出强烈的磁性。
图(a)左侧 - 所有材料在某种程度上都是磁性的,因为它们包括磁偶极子。 图(b)右侧 - 磁性材料表现出强烈的磁性,在一个方向上衬上所有偶极子。
对于磁性材料,表示将磁偶极子定向到外部磁场的方向的容易程度,即偶极子跟随场的程度称为磁导率。磁偶极子的取向越容易变化,磁导率越高。认为磁偶极子的取向难以变化的材料具有低导磁率。
使用具有大磁矩和低磁导率的磁偶极子并且相对于外部磁场稳定的材料用作永磁体。使用永久磁铁,即使施加大的外部磁场,磁偶极子的取向也不改变,并且在特定方向(容易磁化的方向)上的取向状态得以维持。上述矫顽力是表示改变这种布置的难度的值。矫顽力越大,磁体的稳定性越高,即使外部磁场大也会发生变化。
磁力学对于战斗机中的精确操纵杆组件至关重要。生产选择
磁体可以烧结,在压力机中形成,甚至可以从磁性材料中研磨出来。磁性材料注塑正在推进,以满足许多行业的需求。考虑操纵杆制造。操纵杆是一种使用永磁体将列的移动转换为电子信息的机制 - 可以进行电脑处理的电子信息。这种磁性位置检测对于来自轮椅,叉车和战斗机的人机界面至关重要,仅举几个例子。
磁力学对于战斗机中的精确操纵杆组件至关重要。
注射成型的磁体是通过将磁性材料与聚合物粘合剂混合制成的,允许磁体像任何其它可模制树脂一样模制。EA Magnetics(纽约州梅德福德)说,最大的优点之一是高度的形状复杂性,包括齿轮,底切和卡扣配合。注射成型的磁体可以直接插入到现有部件上或周围,通常使生产和组装过程更有效率。
去年年底,来自橡树岭国家实验室(Oak Ridge,TN)的Magnet Applications Inc.(Lansdale,PA)的工程师宣布,通过添加剂制造(3D印刷)生产的永久磁铁优于传统粘结磁体,并生产减少浪费
原料复合粒料包含65体积%的各向同性钕铁硼粉末和35%的聚酰胺尼龙-12粘合剂,以一致的质地混合。使用大面积添加剂制造(BAAM系统)在Oak Ridge国家实验室的制造示范工厂进行了3D打印。
Magnet应用公司高级技术顾问John Ormerod博士评论说:“磁体中的添加剂制造提供了多种好处。”他们具有更多的设计灵活性,这在传感器技术方面特别有益,与传统的烧结过程相比,浪费更少。 “钕铁硼磁铁是地球上最强大的磁体,用于机器人,风力发电机,电动汽车,手机,电动机等消费和工业设备。
“随着技术的飞速发展,无论任何数量,任何形状的任何形状的制造最强磁铁的能力,都能释放出许多设计机会。这项工作已经展示了添加剂制造应用于广泛的磁性材料和组件的潜力。“他补充说。
磁铁甚至可以3D打印用于电动机。 图片由诺丁汉大学提供。研究界同意。“添加剂制造提供的可能性将组件的设计扩展到三维空间,而不受传统制造的限制,为生产高功率密集电机提供了新的机会,其中核心磁性材料仅在实际添加的地方添加“诺丁汉大学(英国)的INNOVATE研究团队说。“这种创新设备的影响将非常有益,特别是在运输应用中,重量是车辆效率的主要决定因素。”

特别是,一种添加剂制造的选择性激光熔融(SLM)可能促进使用6.5%的Si钢,因其具有良好的磁性能,例如高磁导率,低滞后损耗和高电阻率。“这些合金的商业应用由于其延展性差而受到限制,这使得它们的加工变得困难。由于SLM的粉末层,制造方法,现在可以设想采用6.5%的Si钢用于机芯。
联轴器
“定制磁性联轴器也是一个增长领域”,高松说。磁耦合器能够线性和旋转地传递力。因此,除了选择所需的耦合类(同步,涡电流或迟滞)之外,还需要指定耦合类型。存在两种类型的联轴器 - 扭矩和线性。扭矩联轴器旋转传递力,而线性联轴器线性传递力。

磁铁应用正在扩展耦合器的定制设计。 图片由德克斯特磁技术公司提供驱动器是连接到原动机(电动机)的机构的部分。通过磁相互作用,跟随器对驱动器的运动产生反应,导致机械能的非接触传递。非接触运动传递具有多重优点。它允许组件隔离,通过磁阻尼最小化或消除机械振动,并允许在驱动器和跟随器之间插入机械屏障以分离环境并允许在压力差下运行。
另外,耦合系统容许原动机和负载之间的高机械不对中。磁耦合的涡流和滞后等级也为原动机和负载之间的速度变化提供了补偿。
Takasumi指出:“磁性应用允许定制耦合器以扩展性能范围,例如转移用于搅拌的夹持力或机器人末端臂工具。” 这种系统比可比较的机械或液压应用提供更高的精度。考虑到21世纪生产的更高效率和更高精度需求的磁性。

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