Факторы, влияющие на неоднородное внешнее магнитное поле прямоугольного магнита

Макроскопическая неоднородность внешнего магнитного поля постоянного магнита тесно связана с пространственным расстоянием и формой конструкции постоянного магнита.Технология постоянных магнитов, такая как частицы порошка, степень ориентации, спекание и затвердевание, механическая обработка и т. д., будет влиять на неоднородность внешнего магнитного поля постоянного магнита, например, на отклонение намагничивания, симметрию и гладкость.Основными постоянными магнитами, используемыми на рынке, являются литые постоянные магниты, ферритовые постоянные магниты, редкоземельные постоянные магниты и так далее.

Дизайн формы, размагничивание, мастерство и т. д. — и есть общие основные законы.В данной работе на примере анизотропных прямоугольных неодимовых железо-борных и самариево-кобальтовых постоянных магнитов для ондуляторов синхротронного излучения проведен теоретический анализ различных факторов, влияющих на неоднородность внешнего магнитного поля постоянных магнитов, с целью обеспечения высоких -прецизионные постоянные магниты для ондуляторов и другие высокоточные постоянные магниты.Физическая конструкция магнитного устройства и разработка высокооднородных постоянных магнитов обеспечивают определенную справочную основу.

В чем заключается неоднородность внешнего магнитного поля?

Неоднородность внешнего магнитного поля прямоугольного магнита обычно подразумевает однородность и относительный размер области основного магнитного поля, трехмерное распределение остаточной намагниченности (угол отклонения намагниченности), симметрию магнитного пространства северного/южного полюса. поле и гладкость магнитного поля.Равномерность площади хорошего поля основного магнитного поля обычно выражается колебанием значения магнитного поля B0 площади поперечного сечения в направлении ориентации.Величина колебаний зависит от физических требований к конструкции и инженерной разработке различных устройств с постоянными магнитами, а показатели также различаются.Так называемая «гладкость» внешнего магнитного поля постоянных магнитов означает отсутствие большого «пилообразного» распределения магнитного поля.

[Пространственное распределение основного магнитного поля Bz постоянного магнита прямоугольной формы]

В идеальных условиях однородного намагничивания распределение площади хорошего поля основного поля намагничивания Bz тесно связано с относительным размером площади и пространственным расстоянием.По мере увеличения расстояния: (а) → (б) → (в) → (г) центральная область Напряженность основного магнитного поля Bz постепенно уменьшается, а область хорошего поля сначала увеличивается, а затем уменьшается (максимум на рисунке 1(в)), тогда как основное магнитное поле Bz в краевой области быстро уменьшается с увеличением расстояния.Это явление также указывает на то, что при тех же условиях Далее, по мере уменьшения магнитного зазора устройства с постоянными магнитами, однородность магнитного поля имеет оптимизированное оптимальное значение магнитного зазора.Это также показывает, что в условиях магнитной цепи с малым зазором, если магнитное поле должно соответствовать требованиям высокого качества, форма конструкции постоянного магнита, однородность магнитного поля, конструкция системы устройства с постоянными магнитами и т. д. выдвигают более высокие требования. .Хорошее распределение основного магнитного поля постоянного магнита тесно связано с конструкцией формы постоянного магнита.Метод молекулярного тока можно использовать для расчета внешнего магнитного поля постоянного магнита любой формы и картины пространственного распределения.

Факторы, влияющие на неоднородное внешнее магнитное поле прямоугольного неодимового магнита

Поле размагничивания

Размагничивающее поле оказывает комплексное влияние на микронеоднородность внешнего магнитного поля постоянного магнита.

В технике постоянные магниты применяются в разомкнутой цепи, где имеется размагничивающее поле, что является одним из существенных отличий постоянных магнитов от электромагнитов.Когда под его действием постоянный магнит намагничивается, внутреннее магнитное поле не равно внешнему магнитному полю.Размер и распределение размагничивающего поля в основном определяются геометрией и размером постоянного магнита.При наличии размагничивающего поля, даже если оно намагничено в однородном внешнем магнитном поле, поскольку магнитное поле, создаваемое внутри постоянного магнита, не является однородным, в большинстве случаев постоянство магнита не может быть гарантировано.Абсолютно равномерная намагниченность магнита.Теория доказывает, что только эллипсоидальные постоянные магниты могут отвечать требованиям равномерного намагничивания.

Из-за неравномерности намагничивания, вызванной полем размагничивания, с точки зрения амперного молекулярного тока внутренний молекулярный ток постоянного магнита не может быть полностью компенсирован, и постоянный магнит имеет только поверхностный макромолекулярный ток.В неидеальных условиях внутренний молекулярный ток постоянного магнита не может быть полностью компенсирован.Оставшуюся часть микротока они также генерируют магнитное поле, эквивалентное бесчисленному количеству «маленьких постоянных магнитов».Макроскопически магнитное поле, генерируемое «маленьким постоянным магнитом», и общее внешнее магнитное поле постоянного магнита в неидеальных условиях векторно накладываются, что влияет на остаточную намагниченность. Распределение, такое как угол отклонения намагниченности, вызывает сложные системные микроскопические эффекты.

Факторы процесса

Из анализа основ магнетизма и магнитного материаловедения следует, что неоднородность внешнего магнитного поля постоянного магнита по существу обусловлена ​​неоднородностью его магнитной структуры.Для анизотропных постоянных магнитов качество частиц порошка должно гарантировать, что постоянный магнит имеет хорошую микроскопическую магнитную структуру и основное условие ориентации.Идеальные частицы магнитного порошка:

1. Размер частиц порошка мал, распределение узкое, все частицы порошка представляют собой монокристаллы.

2. Частицы порошка имеют эллиптическую форму.

3. Незначительные кристаллические дефекты частиц порошка.

4. Меньше примесей и газа адсорбируется на поверхности частиц порошка.

Для постоянных магнитов NdFeB с использованием процесса быстрого масштабирования (SC) + водородного дробления (HD) + струйной мельницы (JM) технические результаты полученных частиц порошка несколько близки к идеальному состоянию, но процесс также нуждается в оптимизации. .Усовершенствования позволяют производить частицы порошка, близкие к идеальной модели.Для постоянных магнитов самария-кобальта из-за разницы в свойствах сплавов невозможно просто применить усовершенствованный процесс порошкового измельчения постоянных магнитов из неодима, железа и бора, такой как струйное фрезерование, в реальном производстве.Эллиптическую форму, близкую к идеальной модели, можно получить с помощью таких процессов, как окислительно-восстановительная диффузия.Частицы порошка.Если применяется традиционный процесс порошковой металлургии, основная проблема заключается в том, что диапазон распределения частиц порошка по размерам относительно широк, форма разнообразна, а кристаллические дефекты многочисленны.

【(a) Модель частиц идеального порошка;(б) Неправильная форма кристаллического зерна магнитной фазы】

Степень ориентации оказывает чрезвычайно важное влияние на ряд технических параметров анизотропных постоянных магнитов, а также ограничивает однородность макроскопического внешнего магнитного поля постоянного магнита (угол отклонения намагниченности, микроскопическую гладкость, симметрию и т. д.).При той же конструкции и процессе. Степень ориентации указывает на степень анизотропии постоянного магнита.Чем выше степень ориентации, тем выше остаточная намагниченность Bz в направлении ориентации постоянного магнита и меньше остаточная намагниченность Bx, By в других направлениях, т. е. чем выше степень ориентации, тем меньше угол отклонения намагниченности.Однако высокая степень ориентации не означает, что микроскопическая гладкость и симметрия магнитного поля хорошие, а их взаимосвязь сложнее.На степень ориентации влияют многие факторы, в основном включая напряженность поля ориентации, форму и размер частиц порошка, метод формования, плотность свободной упаковки порошка и т. д.

Частицы порошка, близкие к идеальной модели, и подходящая плотность свободной упаковки улучшат текучесть во время формования с ориентацией магнитного поля, тем самым значительно увеличивая степень ориентации.Процесс формования частиц порошка с ориентацией в сильном магнитном поле необходим для получения высокоориентированных постоянных магнитов. Например, типичные отечественные методы формования включают параллельное формование (ADP), вертикальное изостатическое формование (TDP), изостатическое формование резиновой формы (RIP) и степени ориентации, полученные этими тремя методами формования, существенно различаются.

ADP обычно используется при разработке процесса формования магнитных постоянных магнитов с низким и средним значением, что может повредить степень ориентации;TDP — это технология формования, используемая для высокопроизводительных постоянных магнитов, которые также имеют определенную степень повреждения степени ориентации.

Спекание и затвердевание

Практика показала, что влияние силы тяжести и других факторов при спекании и затвердевании постоянных магнитов будет вызывать разную степень неравномерности плотности и искажения ориентации, что также ухудшает гладкость, угол отклонения намагниченности и симметрию внешнего магнитного поля постоянного магнита. поле.

Получение равномерно ориентированной заготовки постоянного магнита является основным условием обеспечения хорошей однородности внешнего магнитного поля постоянного магнита.Во время формования процесс следует оптимизировать так, чтобы совокупность частиц рыхлого порошка в форме находилась в центре магнитного поля и распределялась симметрично.Спеченный постоянный магнит должен пройти нарезку, предварительное шлифование, отделку и другие процессы для получения компонентов постоянного магнита, соответствующих требованиям по размеру.Для постоянных магнитов с высокими требованиями к однородности процесс обработки также оказывает важное влияние на однородность магнитного поля.

Действительно, для цилиндрических, плиточных, кольцеобразных и других постоянных магнитов специальной формы, для литых постоянных магнитов и ферритов закон и идея неоднородности внешнего магнитного поля постоянных магнитов в основном такие же, как и для постоянных магнитов. выше, но в реальной технике сочетание конструкции формы постоянных магнитов и неоднородных технических требований к внешнему магнитному полю требует определенных корректировок в процессе разработки.