Jaký je vědecký vztah mezi velikostí prstence neodymia a jeho magnetickou silou?

1. Základní definice magnetické síly
Síla povrchového magnetického pole (jednotka: Gauss nebo Tesla): Označuje velikost magnetického pole na povrchu magnetu, které přímo ovlivňuje adsorpční sílu nebo sílu na vnější objekt.
Magnetický tok (jednotka: Weber): související s objemem magnetu. Čím větší je objem, tím vyšší je celkový magnetický tok.
Produkt magnetické energie (BHMAX): Parametr, který měří kapacitu ukládání energie magnetu, který je určen remanence (BR) a donucovací silou (HC) samotného materiálu.

Neodymium prstencový magnet

2. vliv parametrů velikosti na magnetickou sílu
Vnější průměr (OD) a vnitřní průměr (ID):
Zvýšení vnějšího průměru: Zvyšte průřezovou plochu magnetu (kruhová průřezová plocha = π × (OD²-Id²)/4), celkový magnetický tok se odpovídajícím způsobem zvyšuje, ale pevnost povrchového magnetického pole může být mírně snížena kvůli difúzi distribuce magnetického pole.
Zvýšení vnitřního průměru: Za stejného vnějšího průměru zvýšení vnitřního průměru sníží objem magnetu, což povede ke snížení celkového magnetického toku, ale magnetické pole v centrální oblasti může být více koncentrované (například při axiálně magnetizované).
Tloušťka (výška):
Zvýšení tloušťky přímo zvýší objem magnetu, čímž se zvýší celkový magnetický tok. Síla povrchového magnetického pole se však lineárně nezvyšuje, protože útlum magnetického pole je nepřímo úměrné čtverci vzdálenosti a nadměrná tloušťka může způsobit více rozptýlení distribuce magnetického pole.

3. směr magnetizace a distribuce magnetického pole
Axiální magnetizace (magnetické pole podél směru tloušťky kroužku):
Magnetické pole je koncentrováno na obou koncích kroužku (horní a dolní povrchy) a magnetické pole v oblasti středového otvoru je slabé. Zvýšení tloušťky prodlouží cestu magnetického pole a může mírně snížit sílu povrchového magnetického pole.
Radiální magnetizace (magnetické pole podél obvodu prstence):
Magnetické pole se soustředí na povrchy vnitřního a vnějšího průměru kruhu. V této době bude rozdíl velikosti mezi vnitřním průměrem a vnějším průměrem ovlivnit uniformitu magnetického pole a menší vnitřní průměr může vést k silnější koncentraci vnitřního magnetického pole.

4. demagnetizující polní efekt (demagnetizující pole)
Reverzní magnetické pole generované tvarem samotného magnetu oslabuje účinnou sílu magnetického pole.
Demagnetizační faktor magnetu kruhu souvisí s poměrem jeho stran (tloušťka/průměr). Tenčí magnetické kroužky mají silnější demagnetizační pole, což může způsobit, že skutečná magnetická síla bude nižší než teoretická hodnota; Silnější magnetické kroužky mají slabší demagnetizační účinek a magnetická síla je blíže teoretickému výkonu materiálu.

5. Matematický model a empirický zákon
Vzorec magnetického toku: Celkový magnetický tok φ ≈ BR × A (A je průřezová plocha), což naznačuje, že vnější průměr a vnitřní průměr nepřímo určují magnetický tok ovlivněním plochy průřezu.
Odhad pevnosti povrchového magnetického pole: U axiálně magnetizovaných kruhových magnetů se pevnost magnetického pole povrchového pole (B) přibližuje remanenci (BR) se zvyšováním tloušťky, ale postižená demagnetizačním polem je skutečná hodnota obvykle 50% ~ 80% Br.
Limit velikosti: Když je velikost magnetu příliš malá (jako jsou mikro kroužky), může hranice zrna materiálu a přesnost zpracování způsobit významné snížení magnetických vlastností.

6. kompromisy v praktických aplikacích
Motory a generátory: Je vyžadován vysoký magnetický tok a obvykle jsou vybírány magnetické kroužky s většími vnějšími průměry a tloušťkami, ale je třeba zvážit omezení prostoru a vířivé proudové ztráty.
Senzory a magnetická vazba: Spoléhání se na pevnost magnetického pole s vysokým povrchem, menší vnitřní průměry a tenčí magnetické kroužky mohou být vybrány pro koncentrování magnetického pole.
Magnetická adsorpce: Celkový magnetický tok (adsorpční síla) a gradient magnetického pole (akční vzdálenost) musí být vyvážený. Například zvýšení tloušťky může prodloužit adsorpční vzdálenost, ale je třeba ji optimalizovat pomocí magnetického vodivého materiálu.

7. Případ experimentálního ověření
Vnější průměr je pevný, změny vnitřního průměru: vnitřní průměr se zvyšuje z 5 mm na 15 mm (vnější průměr 30 mm), celkový magnetický tok se snižuje asi o 40%, ale pevnost magnetického pole ve střední oblasti se zvyšuje o 20% (axiální magnetizace).
Tloušťka se zdvojnásobila: Tloušťka se zvyšuje z 5 mm na 10 mm (vnější průměr 20 mm, vnitřní průměr 10 mm), síla povrchového magnetického pole se zvyšuje z 4500 Gauss na 6000 Gauss, ale když se stále zvyšuje na 15 mm, zvyšuje se pouze na 6300 Gauss, a zvýšení míry se zpomaluje.