Quelle est la relation scientifique entre la taille d'un anneau d'aimant néodyme et sa force magnétique?

1. Définition de base de la force magnétique
Force du champ magnétique de surface (unité: Gauss ou Tesla): indique la taille du champ magnétique à la surface de l'aimant, ce qui affecte directement la force d'adsorption ou la force sur l'objet externe.
Flux magnétique (unité: Weber): lié au volume de l'aimant. Plus le volume est grand, plus le flux magnétique total est élevé.
Produit d'énergie magnétique (BHMAX): un paramètre qui mesure la capacité de stockage d'énergie de l'aimant, qui est déterminé par la rémanence (BR) et la force coercitive (HC) du matériau lui-même.

Aimant à anneau néodyme

2. L'influence des paramètres de taille sur la force magnétique
Diamètre extérieur (OD) et diamètre intérieur (ID):
Augmentation du diamètre extérieur: augmentez la zone en coupe transversale de l'aimant (zone transversale circulaire = π × (OD² - id²) / 4), le flux magnétique total augmente en conséquence, mais la résistance du champ magnétique de surface peut être légèrement réduite en raison de la diffusion de la distribution du champ magnétique.
Augmentation du diamètre intérieur: sous le même diamètre extérieur, l'augmentation du diamètre intérieur réduira le volume de l'aimant, entraînant une diminution du flux magnétique total, mais le champ magnétique dans la zone centrale peut être plus concentré (par exemple, lorsqu'il est aiginé aiguré).
Épaisseur (hauteur):
L'augmentation de l'épaisseur augmentera directement le volume de l'aimant, augmentant ainsi le flux magnétique total. Cependant, la résistance au champ magnétique de surface n'augmente pas linéairement, car l'atténuation du champ magnétique est inversement proportionnelle au carré de la distance, et une épaisseur excessive peut entraîner la dispersion de la distribution du champ magnétique.

3. Direction de l'aimantation et distribution de champ magnétique
Aimantation axiale (champ magnétique le long de la direction d'épaisseur de l'anneau):
Le champ magnétique est concentré aux deux extrémités de l'anneau (surfaces supérieure et inférieure), et le champ magnétique dans la zone du trou central est faible. L'augmentation de l'épaisseur étendra le chemin du champ magnétique et peut réduire légèrement la résistance du champ magnétique de surface.
Aimantation radiale (champ magnétique le long de la circonférence de l'anneau):
Le champ magnétique est concentré sur les surfaces de diamètre intérieur et externe de l'anneau. À l'heure actuelle, la différence de taille entre le diamètre intérieur et le diamètre extérieur affectera l'uniformité du champ magnétique, et un diamètre intérieur plus petit peut entraîner une concentration de champ magnétique interne plus forte.

4. Effet de champ démagnétisant (champ de démagnétisation)
Le champ magnétique inversé généré par la forme de l'aimant lui-même affaiblit la force de champ magnétique effective.
Le facteur de démagnétisation d'un aimant en anneau est lié à son rapport d'aspect (épaisseur / diamètre). Les anneaux magnétiques plus minces ont des champs de démagnétisation plus forts, ce qui peut rendre la force magnétique réelle inférieure à la valeur théorique; Les anneaux magnétiques plus épais ont un effet de démagnétisation plus faible, et la force magnétique est plus proche des performances théoriques du matériau.

5. Modèle mathématique et droit empirique
Formule de flux magnétique: Flux magnétique total φ ≈ Br × A (A est la zone en coupe transversale), indiquant que le diamètre extérieur et le diamètre intérieur déterminent indirectement le flux magnétique en affectant la zone transversale.
Estimation de la résistance du champ magnétique de surface: Pour les aimants anneaux magnétisés axialement, la résistance au champ magnétique de surface (B) s'approche de la rémanence (BR) à mesure que l'épaisseur augmente, mais affectée par le champ de démagnétisation, la valeur réelle est généralement de 50% ~ 80% de BR.
Limite de taille: lorsque la taille de l'aimant est trop petite (comme les micro-anneaux), l'effet de frontière des grains du matériau et la précision de traitement peuvent entraîner une diminution significative des propriétés magnétiques.

6. compromis dans des applications pratiques
Moteurs et générateurs: un flux magnétique élevé est requis, et les anneaux magnétiques avec des diamètres et des épaisseurs externes plus grands sont généralement sélectionnés, mais les limitations de l'espace et les pertes de courant de Foucault doivent être prises en compte.
Capteurs et couplage magnétique: s'appuyant sur une force de champ magnétique à haute surface, des diamètres intérieurs plus petits et des anneaux magnétiques plus fins peuvent être sélectionnés pour concentrer le champ magnétique.
Adsorption magnétique: le flux magnétique total (force d'adsorption) et le gradient de champ magnétique (distance d'action) doivent être équilibrés. Par exemple, l'augmentation de l'épaisseur peut prolonger la distance d'adsorption, mais elle doit être optimisée avec le matériau conducteur magnétique.

7. Cas de vérification expérimentale
Le diamètre extérieur est fixe, le diamètre intérieur change: le diamètre intérieur passe de 5 mm à 15 mm (diamètre extérieur 30 mm), le flux magnétique total diminue d'environ 40%, mais la résistance du champ magnétique dans la zone centrale augmente de 20% (aimantation axiale).
Épaisseur doublée: l'épaisseur passe de 5 mm à 10 mm (diamètre extérieur 20 mm, diamètre intérieur 10 mm), la résistance au champ magnétique de surface passe de 4500 Gauss à 6000 Gauss, mais lorsqu'il continue d'augmenter à 15 mm, il n'augmente qu'à 6300 Gauss et que l'augmentation ralentit.