Проще говоря, постоянные магнитные материалы и мягкие магнитные материалы — это пара взаимодополняющих «партнеров», которые часто работают вместе. Они выполняют разные функции из-за своих принципиально противоположных свойств, но тесно сотрудничают, поскольку преследуют одну и ту же функциональную цель.
Их взаимоотношения можно объяснить следующим образом:
- Постоянные магнитные материалы: например, стабильный источник магнитного поля (такий как неодимовый железо-борный магнит). Их основная функция — обеспечение постоянного и длительного магнитного поля, и их состояние намагниченности трудно изменить.
- Мягкие магнитные материалы: подобно эффективному каналу и регулятору магнитного поля (например, сердечнику трансформатора). Их основная функция заключается в направлении, концентрации, усилении или быстром переключении магнитных полей, а состояние их намагниченности очень легко изменяется.
С точки зрения петли гистерезиса, основные различия в их ключевых характеристиках заключаются в следующем:
| Характерный | Постоянные магнитные материалы | Мягкие магнитные материалы |
| Петля гистерезиса B–H | Широкая петля гистерезиса с большой площадью замыкания. | Узкая петля гистерезиса с малой площадью замкнутого пространства. |
| Коэрцитивность (Hc) | Очень высокая коэрцитивная сила (обычно > 10 кА·м⁻¹) | Очень низкая коэрцитивная сила (обычно < 1 кА·м⁻¹) |
| Остаточная плотность магнитного потока (Br) | Высокая остаточная плотность магнитного потока | Низкая остаточная плотность магнитного потока (в идеале стремящаяся к нулю) |
| Магнитная проницаемость (μ) | Низкая относительная проницаемость | Очень высокая относительная проницаемость |
| Поведение намагниченности | Сложно намагничивается и обладает высокой устойчивостью к размагничиванию. | Легко намагничивается и легко размагничивается |
| Энергетические характеристики | Разработан для максимизации произведения энергии (BH)_max, что обеспечивает эффективное хранение магнитной энергии. | Разработан для минимизации магнитных потерь и обеспечения эффективной проводимости магнитного потока и преобразования энергии. |
| Репрезентативные материалы | NdFeB, SmCo, Alnico, Феррит | Электротехнические стали, мягкие магнитные ферриты, мягкие магнитные композиты (ММК), аморфные и нанокристаллические сплавы. |
Пересечение и синергия приложений: как они взаимодействуют?
В современных электромагнитных устройствах эти материалы часто интегрируются вместе для достижения более сложных и высокоэффективных функций. Типичные сценарии их синергетического применения включают:
| Область применения | Роль постоянных магнитных материалов | Роль мягких магнитных материалов | Объяснение синергетического эффекта |
| Двигатели/генераторы с постоянными магнитами | Обеспечивает постоянное возбуждающее магнитное поле (ротор или статор) без необходимости постоянного электропитания. | Изготавливаются магнитные сердечники статора и ротора (обычно из электротехнической стали или SMC), которые эффективно направляют и концентрируют магнитный поток для замыкания магнитной цепи. | Мягкие магнитные материалы выступают в качестве магнитных проводников с низким сопротивлением, минимизируя магнитные потери и позволяя магнитному полю, создаваемому постоянными магнитами, эффективно приводить в движение двигатель или генератор. |
| Громкоговорители и наушники | Кольцевые постоянные магниты обеспечивают стабильное и сильное магнитное поле. | Магнитные полюсные наконечники и ярма (например, каркасы звуковой катушки и магнитные цепи) направляют и выравнивают магнитное поле, обеспечивая равномерное движение звуковой катушки. | Мягкие магнитные материалы оптимизируют распределение магнитного поля в магнитном зазоре, позволяя звуковой катушке работать более линейно, тем самым уменьшая искажения и повышая акустическую эффективность. |
| Магнитно-резонансная томография (МРТ) | Создайте сверхсильное статическое магнитное поле, используя постоянные магниты или сверхпроводящие магниты. | Используется в градиентных катушках и корректирующих сердечниках для обеспечения быстрой и точной локальной модуляции магнитного поля. | Постоянные магниты создают основное статическое поле, а мягкие магнитные материалы позволяют точно формировать магнитное поле и контролировать градиент, работая вместе для достижения высокого разрешения изображения. |
| Магнитная связь и передача | Устанавливается на входном и выходном валах для обеспечения взаимодействия магнитных полюсов. | Используется для направления, экранирования или усиления магнитных потоков в зависимости от требований конструкции. | В системах, требующих бесконтактной передачи энергии (например, в герметичных системах), постоянные магниты обеспечивают крутящий момент, а мягкие магнитные материалы оптимизируют эффективность связи магнитного потока. |
В заключение, взаимосвязь между постоянными магнитными материалами и мягкими магнитными материалами является одной из следующих синергия, а не конкуренция. Постоянные магниты действуют как «двигатели магнитного поля», а мягкие магнитные материалы — как «маршрутизаторы магнитного поля». Благодаря их точному взаимодействию они вместе составляют основу практически всех устройств для преобразования электромагнитной энергии и сигналов, от бытовой техники до передовых технологий.
