Vereinfacht gesagt, sind Permanentmagnete und Weichmagnete zwei sich ergänzende „Partner“, die häufig zusammenarbeiten. Aufgrund ihrer grundlegend gegensätzlichen Eigenschaften erfüllen sie unterschiedliche Aufgaben, kooperieren aber eng, da sie dasselbe funktionale Ziel verfolgen.
Ihre Beziehung lässt sich wie folgt verstehen:
- Permanentmagnetische WerkstoffeWie eine stabile Magnetfeldquelle (z. B. ein Neodym-Eisen-Bor-Magnet). Ihre Hauptfunktion besteht darin, ein konstantes und lang anhaltendes Magnetfeld zu erzeugen, und ihr Magnetisierungszustand ist schwer zu verändern.
- Weichmagnetische MaterialienWie ein effizienter Magnetfeldkanal und -regler (z. B. ein Transformatorkern). Ihre Hauptfunktion besteht darin, Magnetfelder zu führen, zu konzentrieren, zu verstärken oder schnell umzuschalten, und ihr Magnetisierungszustand lässt sich sehr leicht ändern.
Aus der Perspektive der Hystereseschleife lassen sich die wesentlichen Unterschiede in ihren Kerneigenschaften hauptsächlich wie folgt zusammenfassen:
| Merkmal | Permanentmagnetische Werkstoffe | Weichmagnetische Materialien |
| B–H Hystereseschleife | Breite Hystereseschleife mit großem eingeschlossenem Bereich | Schmale Hystereseschleife mit kleinem eingeschlossenen Bereich |
| Koerzitivfeldstärke (Hc) | Sehr hohe Koerzitivfeldstärke (typischerweise > 10 kA·m⁻¹) | Sehr niedrige Koerzitivfeldstärke (typischerweise < 1 kA·m⁻¹) |
| Remanente Flussdichte (Br) | Hohe Remanenzflussdichte | Niedrige remanente Flussdichte (idealerweise nahe Null) |
| Magnetische Permeabilität (μ) | Niedrige relative Permeabilität | Sehr hohe relative Permeabilität |
| Magnetisierungsverhalten | Schwer zu magnetisieren und sehr resistent gegen Entmagnetisierung | Leicht magnetisierbar und leicht entmagnetisierbar |
| Energieeigenschaften | Entwickelt zur Maximierung des maximalen Energieprodukts (BH)_max, ermöglicht es eine effiziente magnetische Energiespeicherung. | Entwickelt, um magnetische Verluste zu minimieren und eine effiziente magnetische Flussleitung und Energieumwandlung zu ermöglichen. |
| Repräsentative Materialien | NdFeB, SmCo, Alnico, Ferrit | Elektrostähle, weichmagnetische Ferrite, weichmagnetische Verbundwerkstoffe (SMCs), amorphe und nanokristalline Legierungen |
Anwendungsüberschneidungen und Synergien: Wie funktionieren sie zusammen?
In modernen elektromagnetischen Geräten werden diese Materialien häufig miteinander kombiniert, um komplexere und hocheffiziente Funktionen zu erzielen. Typische Anwendungsbeispiele für ihre synergistische Nutzung sind:
| Anwendungsgebiet | Rolle von Permanentmagneten | Rolle von weichmagnetischen Materialien | Erklärung der Synergiewirkung |
| Permanentmagnetmotoren / -generatoren | Erzeugen eines konstanten Erregermagnetfelds (Rotor oder Stator) ohne die Notwendigkeit einer kontinuierlichen elektrischen Energieversorgung. | Die Stator- und Rotormagnetkerne (üblicherweise aus Elektroblech oder SMC) werden so geformt, dass der magnetische Fluss effizient geführt und konzentriert wird, um den Magnetkreis zu schließen. | Weichmagnetische Werkstoffe fungieren als magnetische Leiter mit geringem magnetischem Widerstand, minimieren magnetische Verluste und ermöglichen es, dass das von Permanentmagneten erzeugte Magnetfeld die Rotation von Motoren oder Generatoren effektiv antreibt. |
| Lautsprecher und Kopfhörer | Ringförmige Permanentmagnete erzeugen ein stabiles und starkes Magnetfeld. | Magnetische Polstücke und Joche (z. B. Schwingspulenträger und Magnetkreise) führen und homogenisieren das Magnetfeld und gewährleisten so eine gleichmäßige Bewegung der Schwingspule. | Weichmagnetische Werkstoffe optimieren die Magnetfeldverteilung im Magnetspalt, wodurch die Schwingspule linearer arbeitet, Verzerrungen reduziert und die akustische Effizienz verbessert werden. |
| Magnetresonanztomographie (MRT) | Erzeugen Sie ein extrem starkes statisches Magnetfeld mithilfe von Permanentmagneten oder supraleitenden Magneten. | Wird in Gradientenspulen und Shim-Kernen verwendet, um eine schnelle und präzise lokale Modulation des Magnetfelds zu ermöglichen. | Permanentmagnete erzeugen das statische Hauptfeld, während weichmagnetische Materialien eine feine Magnetfeldformung und Gradientensteuerung ermöglichen, die zusammenwirken, um eine hochauflösende Bildgebung zu erzielen. |
| Magnetische Kopplung und Übertragung | Sie werden an der Eingangs- und Ausgangswelle montiert, um interagierende Magnetpole zu erzeugen. | Sie dienen dazu, magnetische Flusswege zu lenken, abzuschirmen oder zu verstärken, je nach Konstruktionsanforderungen. | Bei Anwendungen, die eine kontaktlose Kraftübertragung erfordern (z. B. in geschlossenen Systemen), liefern Permanentmagnete Drehmoment, während weichmagnetische Materialien die Effizienz der magnetischen Flusskopplung optimieren. |
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Beziehung zwischen Permanentmagneten und Weichmagneten eine der folgenden ist: Synergie statt Konkurrenz. Permanentmagnete fungieren als „Magnetfeldmotoren“, während weichmagnetische Materialien als „Magnetfeldverteiler“ dienen. Durch ihr präzises Zusammenwirken bilden sie die Grundlage für nahezu alle Geräte zur Umwandlung elektromagnetischer Energie und Signale, von Haushaltsgeräten bis hin zu Spitzentechnologien.
