Qual è la relazione scientifica tra le dimensioni di un anello magnetico del neodimio e la sua resistenza magnetica?

1. Definizione di base di forza magnetica
Responsabile del campo magnetico di superficie (unità: Gauss o Tesla): indica la dimensione del campo magnetico sulla superficie del magnete, che colpisce direttamente la forza di adsorbimento o la forza sull'oggetto esterno.
Flusso magnetico (unità: Weber): correlato al volume del magnete. Maggiore è il volume, maggiore è il flusso magnetico totale.
Prodotto energetico magnetico (BHMAX): un parametro che misura la capacità di accumulo dell'energia del magnete, che è determinato dalla restanza (BR) e dalla forza coercitiva (HC) del materiale stesso.

Magnete ad anello neodimio

2. L'influenza dei parametri della dimensione sulla forza magnetica
Diametro esterno (OD) e diametro interno (ID):
Aumento del diametro esterno: aumentare l'area della sezione trasversale del magnete (area della sezione trasversale circolare = π × (od²-id²)/4), il flusso magnetico totale aumenta di conseguenza, ma la resistenza del campo magnetico superficiale può essere leggermente ridotta a causa della diffusione della distribuzione del campo magnetico.
Aumento del diametro interno: allo stesso diametro esterno, l'aumento del diametro interno ridurrà il volume del magnete, con conseguente riduzione del flusso magnetico totale, ma il campo magnetico nell'area centrale può essere più concentrato (ad esempio, se assialmente magnetizzato).
Spessore (altezza):
L'aumento dello spessore aumenterà direttamente il volume del magnete, aumentando così il flusso magnetico totale. Tuttavia, la resistenza del campo magnetico di superficie non aumenta linearmente, poiché l'attenuazione del campo magnetico è inversamente proporzionale al quadrato della distanza e lo spessore eccessivo può causare più dispersi la distribuzione del campo magnetico.

3. Direzione di magnetizzazione e distribuzione del campo magnetico
Magnetizzazione assiale (campo magnetico lungo la direzione di spessore dell'anello):
Il campo magnetico è concentrato su entrambe le estremità dell'anello (superfici superiore e inferiore) e il campo magnetico nell'area del foro centrale è debole. L'aumento dello spessore estenderà il percorso del campo magnetico e potrebbe ridurre leggermente la resistenza del campo magnetico superficiale.
Magnetizzazione radiale (campo magnetico lungo la circonferenza dell'anello):
Il campo magnetico è concentrato sulle superfici del diametro interno ed esterno dell'anello. Al momento, la differenza di dimensioni tra il diametro interno e il diametro esterno influenzerà l'uniformità del campo magnetico e un diametro interno più piccolo può portare a una più forte concentrazione di campo magnetico interno.

4. Effetto del campo demagnetizzante (campo demagnetizzante)
Il campo magnetico inverso generato dalla forma del magnete stesso indebolisce l'effettiva resistenza del campo magnetico.
Il fattore di smagnetizzazione di un magnete ad anello è correlato al suo rapporto di aspetto (spessore/diametro). Gli anelli magnetici più sottili hanno campi di smagnetizzazione più forti, che possono causare una forza magnetica effettiva inferiore al valore teorico; Gli anelli magnetici più spessi hanno un effetto di smagnetizzazione più debole e la forza magnetica è più vicina alle prestazioni teoriche del materiale.

5. Modello matematico e legge empirica
Formula del flusso magnetico: flusso magnetico totale φ ≈ BR × A (A è l'area della sezione trasversale), indicando che il diametro esterno e il diametro interno determinano indirettamente il flusso magnetico influenzando l'area della sezione trasversale.
Stima della resistenza del campo magnetico di superficie: per i magneti ad anello magnetizzati assialmente, la resistenza del campo magnetico di superficie (b) si avvicina alla remaman (BR) all'aumentare dello spessore, ma influenzato dal campo di smagnetizzazione, il valore effettivo è generalmente del 50% ~ 80% di BR.
Limite di dimensioni: quando la dimensione del magnete è troppo piccola (come micro anelli), l'effetto limite del grano del materiale e l'accuratezza della lavorazione possono causare una riduzione significativa delle proprietà magnetiche.

6. Trade-off in applicazioni pratiche
Motori e generatori: è richiesto un flusso magnetico elevato e sono generalmente selezionati anelli magnetici con diametri e spessori esterni più grandi, ma devono essere presi in considerazione i limiti di spazio e le perdite di corrente parassita.
Sensori e accoppiamento magnetico: si possono selezionare il basamento sull'elevata resistenza del campo magnetico della superficie, diametri interni più piccoli e anelli magnetici più sottili per concentrare il campo magnetico.
Adsorbimento magnetico: il flusso magnetico totale (forza di adsorbimento) e il gradiente di campo magnetico (distanza di azione) devono essere bilanciati. Ad esempio, aumentare lo spessore può estendere la distanza di adsorbimento, ma deve essere ottimizzato con il materiale conduttivo magnetico.

7. Caso di verifica sperimentale
Il diametro esterno è fissato, variazioni del diametro interno: il diametro interno aumenta da 5 mm a 15 mm (diametro esterno 30 mm), il flusso magnetico totale diminuisce di circa il 40%, ma la resistenza del campo magnetico nell'area centrale aumenta del 20% (magnetizzazione assiale).
Spessore raddoppiato: lo spessore aumenta da 5 mm a 10 mm (diametro esterno 20 mm, diametro interno 10 mm), la resistenza del campo magnetico di superficie aumenta da 4500 Gauss a 6000 Gauss, ma quando continua ad aumentare a 15 mm, aumenta solo a 6300 Gauss e la velocità di aumento è in calo.