Välja magneter

Magneter har stor betydelse i industriella tillämpningar. De används i en mängd olika tillämpningar, från elmotorer till sensorer och ställdon. Men att välja rätt magnet för en specifik tillämpning kräver en djup förståelse för magnetiska egenskaper, material och designfunktioner.

Förutsättningar för magnetism

Förutsättningen för magnetism är den speciella fysiska egenskapen hos elektroner att rotera runt sin egen axel. Riktningen är dock avgörande för denna så kallade spinn. Magnetism är endast möjlig om elektronerna är inriktade i samma riktning. Av denna anledning är metaller särskilt lämpliga för magnetisering, eftersom atomerna är anordnade här i ett rutnätsformat mönster. Detta gör att elektronerna kan röra sig fritt och lättare anpassa sig till en rotationsriktning. Magneter har alltid en nordpol (N) och en sydpol (S), som stöter bort varandra. Till skillnad från plus- och minusladdningar i el är det inte möjligt att ha en separat positiv eller negativ pol. När en magnet är delad skapas alltid en ny, mindre magnet. Den minsta odelbara mängden kallas också elementarmagneten. Dessa finns i järn, till exempel - i en ojusterad form.

Översikt över magneter

Beroende på deras förmåga att vara magnetisk eller magnetiseras av extern energiförsörjning görs en differentiering mellan följande magnettyper:

• Permanenta magneter: I permanenta magneter rör sig elektronerna runt sin egen axel redan i ett anpassat mönster, vilket genererar ett permanent magnetfält. Järn, kobolt och nickel är till exempel magnetiska av naturen. Permanenta magneter är uppdelade i hårda magneter och mjuka magneter. Hårda magneter har en hög remanens (motstånd mot avmagnetisering) och tvångsfältstyrka (den magnetfältstyrka som krävs för att helt avmagnetisera en magnet), medan mjuka magneter lätt kan magnetiseras och avmagnetiseras.
• Elektromagneter: I elektromagneter genereras magnetism genom att tillföra elektrisk ström. Så snart elektroner flödar genom en elektrisk ledare genererar strömmen runt dem ett magnetfält. Detta är vanligtvis en tråd med lindningar, där varje lindningsslinga fungerar som en cirkulär ledare. Sammantaget resulterar detta i ett mycket starkt totalt magnetfält som överstiger permanentmagneternas.

Grundläggande magnetiska egenskaper

De grundläggande egenskaperna hos magneter inkluderar:

• Magnetisk flödestäthet (Tesla): Ytdensiteten hos det magnetiska flödet som passerar vertikalt genom ett visst ytelement. Termen magnetisk induktion används ofta synonymt och beskriver också samma fysiska fenomen, men i ett annat sammanhang (elektrodynamik och elektromagnetisk induktion).
• Magnetfältets styrka (ampere per meter): Tilldelar en styrka och riktning för magnetfältet som genereras av magnetspänningen till varje rymdpunkt.
• Magnetisk permeabilitet (även magnetisk konduktivitet): Det bestämmer materialens förmåga att passera magnetfält eller anpassa sig till ett magnetfält.

Dessa egenskaper påverkar prestandan hos en magnet i vissa tillämpningar.

Avmagnetisering av permanentmagneter

Det är möjligt att avmagnetisera permanentmagneter. Det kan dock fortfarande finnas en låg restmagnetisering. För avmagnetisering måste inriktningen av atomspinnarna störas. Detta kan till exempel ske genom yttre påverkan som värme, starka stötar eller andra magnetfält. Till exempel har varje magnetiskt material en maximal applikationstemperatur, även kallad Curie-temperatur. Över denna temperatur förändras de magnetiska egenskaperna. Temperaturen är ca 769 °C för järn, ca 1 127 °C för kobolt och ca 358 °C för nickel. Elektromagneter kan avmagnetiseras genom att stänga av strömförsörjningen.

Magnettillverkning och material som används

Det finns flera tillverkningsprocesser för magneter. Men pulvermetallurgi, där materialen först pulveriseras och sedan blandas och komprimeras, är vanligast. Kompressionsprocessen sker under värme och kallas även vätskefas sintring. Slutligen sker magnetiseringsprocessen, där de elementära magneterna i ämnet är inriktade i en riktning med hjälp av en stor magnet eller elektromagneter. Den verkande magnetiska kraften ska vara ungefär tre gånger så hög som den magnetiska kraften som den slutliga magneten ska ha. Några av de vanliga materialen är neodymium-järn bor (NdFeB), samarium-kobolt (SmCo), AlNiCo (aluminium-nickel-kobalt) och ferriter.

Materialen som ska väljas beror på faktorer som driftstemperatur, magnetisk prestanda och kostnad. Det är nu också möjligt att tillverka plastbundna magneter som gummimagneter.

Välja magneter

För att kunna välja rätt magnet är det viktigt att känna till de parametrar som påverkar magnetens prestanda:

• Remanens: Flussdensiteten som en magnet håller i en sluten slinga.
• Tvångsfältstyrka: Mätningen av avmagnetiseringsmotståndet.
• Maximal energiprodukt: Remanens (Br) hos en magnet multiplicerad med tvångsfältstyrkan (Hc).
• Flussdensitet med öppen slinga: Intensiteten hos magnetfältet (mätt i Tesla, tidigare Gauß). Beskriver densiteten hos det genererade magnetfältet (flödesdensitet). Magnetfältet visualiseras som magnetiska linjer längs magnetiseringsriktningen. Fältstyrkan är densiteten hos dessa linjer över ett visst område och det totala antalet linjer beskriver magnetflödesdensiteten.
• Självhäftande kraft: Attraktionskraften hos en magnet mätt i Newton. Materialvalet, ytstrukturen och den magnetiska attraktionsvinkeln påverkar attraktionskraften.

Följande tabell visar referensvärden för val av magneter baserat på adsorptionskraften och flödesdensiteten.

Mer information finns i produktkatalogen.

Miljön där magneten kommer att fungera påverkar också prestanda och hållbarhet. Förutom den temperatur som redan nämnts påverkar fukt (rostbildning), mekanisk belastning eller korrosion de magnetiska egenskaperna. Därför bör alla omständigheter beaktas vid urval och magneter med speciella egenskaper, såsom hög fuktbeständighet, bör användas vid behov.

På MISUMI erbjuder vi magneter för alla användningsområden. Sortimentet inkluderar både värmebeständiga neodymmagneter samt flexibla gummimagneter eller prefabricerade magnetiska krokar. Till exempel: runda magneter, magneter med hållare, gummimagneter, magneter (skruvbara), magneter (rektangulära) eller magnethållare (bytbara).

Magnetkvalitet som en viktig måttenhet

Magnetkvaliteten är en viktig måttenhet för magneter. Den består av en bokstav följt av ett nummer, t.ex. UH45:

• Bokstav: Bokstaven anger den maximala driftstemperaturen. Magneter har vanligtvis en maximal driftstemperatur på 80 °C, som är märkt med bokstaven N. Ytterligare information kan vara: M upp till 100 °C, H upp till 120 °C, SH upp till 150 °C, UH upp till 180 °C och EH upp till 200 °C.
• Antal: Siffran anger den lagrade magnetiska energin per volym. Det är produkten av magnetfältets styrka H och magnetflödets densitet B.

Industriell användning av magneter

Magneter är oumbärliga inom industrin. Till exempel används elektromagneter inom fordonsindustrin överallt där elmotorer används. Motorns rotation påverkas av magnetens attraherande och stötande krafter. Magneter används också för reläer. Här installeras en elektromagnetisk brytare i en krets och sedan byggs ett magnetfält upp via en svag strömförsörjning. Brytaren stängs när strömmen matas och öppnas så snart strömmen stängs av, vilket avleder magnetfältet. I vissa höghastighetståg och magnetiska levitationståg används starka magneter för att lyfta fordon från marken och låta dem glida smidigt och snabbt. Dessutom används magneter och deras egenskaper specifikt i transportbandssystem. Det transporterade materialet kan därmed enkelt separeras eller sorteras, vilket är särskilt viktigt inom återvinnings- och avfallshanteringsindustrin.

Permanentmagneter används till exempel i följande tillämpningar:

• Transportörer: Permanentmagneter används för att separera ferromagnetiska material från icke ferromagnetiska material, t.ex. inom återvinningsindustrin. De magnetiska materialen samlas in och avlägsnas av permanentmagneten.
• Säkerhetsanordningar: Inom maskinteknik och anpassad maskinkonstruktion används permanentmagneter i dörrvakter eller skyddsskåp. Till exempel håller de dörrar eller luckor stängda som tillåter åtkomst till farliga maskinkomponenter.
• Styrsystem för åtkomst: Permanenta magneter används här tillsammans med elektromagneter. Den permanenta magneten är permanent monterad medan elektromagneten reglerar låsmekanismen genom att övervinna kraften i den permanenta magneten när den aktiveras (t.ex. med hjälp av ett passerkort), vilket låser upp dörren.

Ansökningsalternativen är mycket mångsidiga och återspeglas i en omfattande produktportfölj hos MISUMI.