Permanentmagnete sind magnetische Materialien, die dauerhaft ein Magnetfeld erzeugen können, ohne dass externe Energiezufuhr erforderlich ist. Sie bieten viele Vorteile, wie Energieeffizienz und Komfort. Insbesondere Seltenerdmagnete, die sich durch hohe Koerzitivfeldstärke und hohe magnetische Energieprodukte auszeichnen, ermöglichen den Einsatz kleinerer und dünnerer Magnete in magnetischen Gerätekreisen, um die Produktfunktionalität zu erreichen. Dies fördert die Miniaturisierung und das Leichtbaudesign von Permanentmagneten erheblich. Als unverzichtbare Funktionsmaterialien im Hochtechnologiebereich finden Permanentmagnete breite Anwendung in vielen Bereichen, darunter Luft- und Raumfahrt, Verteidigung, Elektronik und Telekommunikation, Transport, industrielle Energie und Haushaltsgeräte.
Die Anwendungen von Permanentmagneten lassen sich je nach Funktionsprinzip in fünf Typen einteilen:
| Funktion | Prinzip | Physikalisches Gesetz | Typische Anwendung |
| Elektrische Energie wird in mechanische Energie umgewandelt | Die Wirkung magnetischer Felder auf stromführende Leiter | Ampèresches Gesetz | Lautsprecher, Motoren, Kopfhörer, Messgeräte |
| Mechanische Energie wird in elektrische Energie umgewandelt | Die Bewegung des Leiters relativ zum Magnetfeld erzeugt eine induzierte elektromotorische Kraft | Faradaysches Gesetz | Generator, Mikrofon, Sensor |
| Umwandlung mechanischer Energie | Wechselwirkung zwischen den Polen eines Permanentmagneten, zwischen Permanentmagnet und ferromagnetischer Substanz | Coulombsches Gesetz | Magnete zur Adsorption, Magnetabscheider, Magnetfilter, Magnetkupplungen, Permanentmagnetspannplatten |
| Verschiedene magnetische Effekte | Zwischen Magnetfeldern und Licht, Elektrizität, Wärme usw. | Kernspinresonanz, Oszillator, optischer Isolator | |
| Andere magnetische Anwendungen | Die Wirkung magnetischer Felder auf geladene Teilchen | Lorentzsches Gesetz | Magnetrons, Teilchengaspedale, Magnetspektrometer, Magnetronsputtern, elektrische Schalter |
Permanentmagnetmaterialien sind weit verbreitet, und in den frühen Phasen der technischen Entwicklung ist die Wahl des richtigen Permanentmagnetmaterials für jeden Ingenieur eine wichtige Überlegung. Jedes Permanentmagnetmaterial hat seine eigenen, einzigartigen Eigenschaften. Daher müssen bei der Auswahl eines Permanentmagneten mehrere Faktoren berücksichtigt werden, wie z. B. die erforderliche Magnetfeldstärke, Temperaturbeständigkeit, Kosten und Herstellungsverfahren. Wir empfehlen, die folgenden Schritte zu befolgen:
(1) Bestimmen Sie die Anforderungen an die magnetische Feldstärke
Permanentmagnete dienen im gesamten System oder Gerät primär als Funktionskomponenten (und nicht als ästhetische oder strukturelle Teile), um ein passives Magnetfeld zu erzeugen. Die magnetische Feldstärke ist ein wichtiger Indikator für die Leistungsfähigkeit magnetischen Stahls und ein zentrales Element der Konstruktion. Die optimale Nutzung der magnetischen Feldstärke von Permanentmagneten ist ebenfalls ein grundlegendes Ziel bei der Konstruktion von Permanentmagnetgeräten. Ingenieure können die gewünschte magnetische Feldstärke berechnen und diese als Grundlage für die anschließende Materialauswahl nutzen.
(2) Auswahl geeigneter magnetischer Materialien
Zu den gängigen Permanentmagnetmaterialien in der Technik gehören gesintertes Neodym-Eisen-Bor (NdFeB), gesintertes Samarium-Kobalt (SmCo), gesintertes oder gegossenes Alnico (Aluminium-Nickel-Kobalt), gesintertes Ferrit, gebundene und spritzgegossene Magnete sowie einige neuere Materialien wie Samarium-Eisennitrid (SmFeN). Verschiedene Permanentmagnetmaterialien haben unterschiedliche magnetische Eigenschaften und Materialmerkmale.
| Grad | Br/kGs | Hcb/kOe | Hcj/kOe | (BH)max/MGOe | Tmax(℃)* | |
| Gesinterte NdFeB-Magnete | 42SH | 12,5 | 12.3 | 21 | 42 | <150 |
| Gesinterte SmCo-Magnete | 28 | 10.8 | 9,8 | 22 | 28 | <300 |
| Gesinterte/gegossene AlNiCo-Magnete | CLNG44 | 12,5 | 0,65 | 0,65 | 5.5 | <525 |
| Hartferritmagnete | Y30 | 4 | 2.6 | 2.7 | 3.7 | <250 |
| Verbundmagnete | CMN10 | 7.2 | 6 | 10 | 10 | <150 |
| Spritzgegossene Magnete | IMF0606 | 2.9 | 2.2 | 3.2 | 2.2 | <140 |
| *Die maximalen Betriebstemperaturen dienen nur als Referenz. | ||||||
| Die tatsächliche maximale Betriebstemperatur eines Permanentmagneten hängt von der Qualität, Form und dem Magnetkreis ab. | ||||||
(3) Klären Sie die Spezifikationen und Abmessungen des Magneten
Um eine bestimmte magnetische Feldstärke zu erreichen, benötigen verschiedene Permanentmagnete unterschiedliche Größen. Die Spezifikationen und Formen von Permanentmagneten hängen von den spezifischen Anforderungen der jeweiligen Anwendung ab und werden von Faktoren wie räumlichen Einschränkungen und der Magnetfeldrichtung bestimmt, um die geeignete Größe und Form zu bestimmen.
Das Bild rechts vergleicht die Menge an Permanentmagnetmaterial, die benötigt wird, um einen 5 kg schweren Eisenblock anzuziehen. Beispielsweise benötigt gesintertes Neodym-Eisen-Bor (NdFeB) nur D20 x 5 mm, während gesinterter Ferrit D20 x 55 mm benötigt, was mehr als der zehnfachen Menge von NdFeB entspricht.
(4) Bewerten Sie die Bearbeitbarkeit des Magneten
Bewerten Sie die Bearbeitbarkeit des Magneten: Herkömmliche Herstellungsverfahren für Permanentmagnetmaterialien umfassen hauptsächlich Sintern, Gießen und Formen. Gesinterte und gegossene Permanentmagnetmaterialien sind hart und spröde und weisen eine schlechte Zähigkeit und Bearbeitbarkeit auf. Sie werden üblicherweise zunächst zu Rohlingen verarbeitet und anschließend durch Drahtschneiden, Schneiden und Schleifen geformt. Sie können nicht mit spanenden Verfahren wie Drehen, Fräsen oder Hobeln bearbeitet werden, und herkömmliche Produkte haben meist einfache Formen wie Platten, Ringe oder Kacheln. Für komplexe Formen oder hohe Präzision sind spezielle Verfahren erforderlich, die kostspielig sein können. Diese Verarbeitungsfaktoren müssen bereits im frühen Produktdesign berücksichtigt werden.
In der nebenstehenden Tabelle werden die Materialeigenschaften herkömmlicher Permanentmagnetmaterialien verglichen.
| Dichte g/cm3 | Härte Hv | Biegefestigkeit MPa | |
| Gesinterte NdFeB-Magnete | 7,5-7,8 | 400-600 | 250-300 |
| Gesinterte SmCo-Magnete 2:17 | 8,3-8,5 | 550-600 | 120-150 |
| Gegossene AlNiCo-Magnete | 6,9-7,3 | 520-700 | 50-310 |
| Hartferritmagnete | 4,9-5,1 | 400-700 | 50-90 |
| Verbundmagnete | 5,5-6,4 | 80-120 | 100-160 |
| Spritzgegossene Magnete | 3-5,5 | 140-150 | 60-100 |
| Gummimagnete | 3,5-3,7 | / | / |
(5) Berücksichtigen Sie Faktoren des Arbeitsumfelds
Die Arbeitsumgebung eines Permanentmagneten hat einen erheblichen Einfluss auf seine Leistung und Lebensdauer. Temperatur, Feuchtigkeit und korrosive Stoffe können den Magneten negativ beeinflussen. Daher ist es wichtig sicherzustellen, dass sich das gewählte Magnetmaterial an die tatsächliche Anwendungsumgebung anpasst.
Die Abbildung rechts zeigt einen Vergleich der anwendbaren Betriebstemperaturbereiche für herkömmliche Permanentmagnetmaterialien. Neodym-Eisen-Bor (NdFeB) und Ferrit haben engere Betriebstemperaturbereiche, während Samarium-Kobalt (SmCo) und Alnico (Aluminium-Nickel-Kobalt) einen breiteren Betriebstemperaturbereich aufweisen.
(6) Materialkostenabwägung
Abwägung der Materialkosten: Die Kosten der verschiedenen Arten von Permanentmagnetmaterialien variieren erheblich. Daher ist es wichtig, sie gründlich abzuwägen, um sicherzustellen, dass die Projektkosten unter Kontrolle bleiben und gleichzeitig die Leistungsanforderungen erfüllt werden.
Das Bild rechts zeigt einen Preisvergleich herkömmlicher Permanentmagnetmaterialien für Scheibenprodukte mit 10 x 10 mm Durchmesser (die Zahlen stellen lediglich eine vergleichende Angabe der Preisunterschiede dar, nicht die tatsächlichen Produktpreise). Gesintertes Samarium-Kobalt ist am teuersten, während gesintertes Ferrit am günstigsten ist.
(7) Beachten Sie weitere besondere Anforderungen
Beachten Sie weitere spezielle Anforderungen: Einige Anwendungsszenarien stellen möglicherweise besondere Anforderungen an Magnete, wie z. B. hohe Koerzitivfeldstärke, hohen Remanenzmagnetismus oder niedrige Temperaturkoeffizienten. In solchen Fällen empfehlen wir Ihnen, uns zu kontaktieren, um diese spezifischen Anforderungen zu besprechen und zu bewerten.
Auf der Grundlage der oben genannten Faktoren wird ein zusammenfassender Vergleich der Leistung und Eigenschaften verschiedener Permanentmagnetmaterialien wie folgt vorgenommen:
| Magnetische Eigenschaften | Verarbeitbarkeit | Arbeitstemperatur | Korrosionsbeständigkeit | Stabilität | Kosten | |
| Gesinterte NdFeB-Magnete | Höchste, (BH)max 35-52MGOe | Spröde Textur, hohe Härte, nicht leicht zu verarbeiten | Nicht beständig gegen hohe Temperaturen, die Arbeitstemperatur sollte 200 °C nicht überschreiten | Leicht korrodierend, benötigt Beschichtungsschutz | Gut | Hoch und instabil |
| Gesinterte SmCo-Magnete | Höher, (BH)max 17-30MGOe | Spröde Textur, hohe Härte, nicht leicht zu verarbeiten | Hohe Temperaturbeständigkeit, Arbeitstemperatur bis 350°C | Gute Korrosionsbeständigkeit | Exzellent | Hoch |
| Gegossene AlNiCo-Magnete | Durchschnitt, (BH)max < 9MGOe | Spröde Textur, hohe Härte, nicht leicht zu verarbeiten | Hohe Temperaturbeständigkeit, Arbeitstemperatur bis 550°C | Gute Korrosionsbeständigkeit | einfache Entmagnetisierung | Mäßig |
| Hartferritmagnete | Niedriger, (BH)max < 4MGOe | Spröde Textur, hohe Härte, nicht leicht zu verarbeiten | Allgemeine Leistung, Betriebstemperatur bis zu 250 °C | Gute Korrosionsbeständigkeit | Durchschnittliche Stabilität, besser als AlNiCo | Niedrig |
| Verbundmagnete | Durchschnittlich, (BH)max 2-14MGOe | Komplexe Formen können durch Formen hergestellt werden | Nicht beständig gegen hohe Temperaturen, die Arbeitstemperatur sollte 150 °C nicht überschreiten | Leicht korrodierend, benötigt Beschichtungsschutz | Gut | Mäßig |
| Spritzgegossene Magnete | Niedriger, (BH)max < 10MGOe | Komplexe Formen können durch Formen hergestellt werden | Nicht beständig gegen hohe Temperaturen, die Arbeitstemperatur sollte 120 °C nicht überschreiten | Gute Korrosionsbeständigkeit | Gut | Niedriger Preis, hohe Formkosten |
Basierend auf den oben genannten Faktoren kann eine vorläufige Auswahl der Permanentmagnetmaterialien gemäß der folgenden Tabelle getroffen werden:
| Material | Preis | Magnetische Eigenschaften | Temperaturbeständigkeit | Betriebsumgebung | Verarbeitbarkeit | Korrosionsbeständigkeit | |||||
| Magnetfeld | Magnetische Anziehung | Hitzebeständig | Kältebeständig | Im Freien | Unterwasser | Bearbeitungspräzision | Komplexe Form | Mechanische Festigkeit | |||
| Gesinterte NdFeB-Magnete | Δ | √ | √ | Δ | √ | × | × | × | × | Ο | Δ |
| Gesinterte SmCo-Magnete | × | √ | √ | √ | √ | √ | √ | × | × | Δ | √ |
| Gegossene AlNiCo-Magnete | Ο | Δ | Δ | √ | √ | √ | √ | × | × | √ | √ |
| Hartferritmagnete | √ | × | × | Ο | × | √ | √ | × | × | × | √ |
| Verbundmagnete | Ο | Δ | Δ | Δ | √ | × | × | × | × | × | Δ |
| Spritzgegossene Magnete | Ο | Δ | Δ | Δ | √ | √ | √ | √ | √ | × | √ |
| √······Ausgezeichnet O······Gut Δ······Durchschnitt ×······Schlecht, Vergleich von Produkten basierend auf gleicher Größe und Magnetisierungsrichtung. | |||||||||||
Berücksichtigen Sie bei der Auswahl von Permanentmagnetmaterialien alle oben genannten Faktoren entsprechend den Anforderungen Ihres Engineering-Projekts und wählen Sie das passende Permanentmagnetmaterial aus. Sollten Sie während des Evaluierungsprozesses Fragen haben, kontaktieren Sie uns bitte. Wir bieten Ihnen professionelle Beratung und umfassende Unterstützung.