很多小伙伴可能都会有这样一个疑问,相同性能和体积的磁体,它们的吸力一样吗?网上有说钕铁硼磁铁的吸力是自身重量的640倍,这可信吗?
这个问题其实可以发散开,那就是磁铁的吸力与哪些因素有关。首先需要明确的是磁铁只对铁磁性物质具有吸附力,常温下铁磁性材料只有三种,那就是铁、钴、镍及其合金,对非铁磁性材料是没有吸附力的。
网上能查到一些计算吸力的公式:
F=k*B²*S/2
F=0.577*S*B²
这些公式准确吗?答案是不准确的,但是趋势是没问题的,磁体吸力的大小与磁场强度和吸附面积相关,磁场强度越大,吸附面积越大,吸力越大。
那接下来的问题是,同等体积的磁铁,分别为扁平状、圆柱状、细长状,吸力是一样大的吗?如果不是,哪种吸力最大?
首先可以肯定的是吸力不一样大。哪种吸力最大我们要联系最大磁能积的定义,当磁铁的工作点位于最大磁能积附近时,磁铁具有最大的做功能量。磁铁的吸附力也是做功的一种体现,所以对应的吸力也是最大的。这里需要注意的是被吸物需要足够的大,需要完全覆盖磁极大小,这样可以不考虑被吸物的材质、尺寸、形状等因素影响。
怎么判断磁铁的工作点是不是处于最大磁能积点呢。当磁铁处于与被吸材料直接吸附状态时,其吸附力决定于气隙磁场和吸附面积的大小,以圆柱形磁铁为例,H/D≈0.6时,其中心Pc≈1,处于最大磁能积的工作点附近时,吸力最大。这也符合磁铁做为吸附件通常设计成相对扁平的形状规律。以N35 D10*6的磁铁为例,通过FEA仿真可算出吸附铁板的吸力约27N,几乎达到同等体积磁体的最大值,是其自重的780倍。
方形磁铁与圆形磁体类似,当与被吸材料直接吸附时,中心Pc≈1,即处于最大磁能积工作点附近,吸力会达到同等体积磁体的最大值,如10*10*6.5或15*10*8。
当然以上只是磁铁单极的吸附状态,如果是多极充磁,吸力会完全不一样,多极充磁的吸力会远大于单极充磁(与吸附物小间距的前提下)。
为什么同体积的磁铁做成多极充磁后,吸力会变化这么大,原因在于吸附面积S不变,而通过被吸物的磁通密度B值增加了很多,通过下面的磁力线图可看出,多极充磁的磁体,磁力线通过铁片的密集度明显增加。还是以N35 D10*6的磁铁为例,做成双极充磁,FEA仿真吸附铁板的吸力约为自重的1100倍。
由于磁铁做成多极充磁之后,每极相当于一个更细长的磁铁,其Pc值已变化,不能再按整体尺寸的Pc值计算,所以其最佳尺寸也不再是H/D≈0.6,而是更扁平状的磁铁,具体尺寸与多极充磁方式和极数有关。