Magnesy Neodymowe Pierścieniowe

Pierścieniowe magnesy neodymowe są dostępne w wielu rozmiarach i proporcjach. Mogą mieć postać cienkich krążków z otworem, pierścieni grubościennych, wysokich tulei magnetycznych oraz elementów o dużej średnicy przeznaczonych do specjalistycznych konstrukcji.
W większości standardowych modeli kierunek namagnesowania przebiega osiowo, czyli przez wysokość magnesu. Biegun północny i południowy znajdują się wtedy na dwóch płaskich powierzchniach pierścienia.

Otwór centralny rozszerza możliwości montażowe, ale jednocześnie zmniejsza objętość materiału magnetycznego w porównaniu z pełnym magnesem walcowym o tej samej średnicy zewnętrznej i wysokości. Rzeczywista siła przyciągania zależy więc od średnicy zewnętrznej, wielkości otworu, grubości ścianki, wysokości, gatunku materiału magnetycznego oraz warunków współpracy z elementem stalowym lub drugim magnesem.

Budowa magnesów neodymowych pierścieniowych

Magnes pierścieniowy ma dwie współśrodkowe powierzchnie walcowe: zewnętrzną oraz wewnętrzną, tworzącą otwór. Pomiędzy nimi znajduje się ścianka wykonana z materiału magnetycznego. Dwie płaskie powierzchnie czołowe wyznaczają wysokość magnesu.

Podstawowe proporcje pierścienia wpływają na objętość materiału magnetycznego, rozkład pola oraz wytrzymałość mechaniczną. Magnes o dużej średnicy zewnętrznej i niewielkim otworze ma grubą ściankę i zawiera więcej materiału NdFeB. Zwiększenie średnicy otworu przy zachowaniu pozostałych wymiarów zmniejsza objętość magnesu oraz powierzchnię jego biegunów.

Pierścienie mogą być pokryte powłoką ochronną, najczęściej niklową, która ogranicza kontakt materiału magnetycznego z wilgocią i środowiskiem zewnętrznym. Powłoka nie zmienia jednak kruchego charakteru spieku. Uderzenie, wciskanie na trzpień lub nierównomierny nacisk mogą doprowadzić do pęknięcia.

Średnica zewnętrzna, średnica otworu i wysokość

Wymiary magnesu pierścieniowego zapisuje się zazwyczaj w kolejności: średnica zewnętrzna × średnica wewnętrzna × wysokość. Przykładowe oznaczenie Ø20 × Ø8 × 5 mm opisuje pierścień o średnicy zewnętrznej 20 mm, otworze 8 mm i wysokości 5 mm.

Średnica zewnętrzna określa całkowitą wielkość magnesu oraz powierzchnię zajmowaną w konstrukcji. Jej zwiększenie może powiększyć powierzchnię bieguna i zwiększyć ilość materiału magnetycznego, o ile pozostałe wymiary nie zostaną zmienione.

Średnica otworu decyduje o możliwości montażu na określonym trzpieniu, osi lub tulei. Powinna uwzględniać tolerancje wymiarowe, grubość powłoki ochronnej oraz wymagany luz montażowy. Otwór nie powinien być projektowany jako ciasne pasowanie wciskowe.

Wysokość ma istotne znaczenie szczególnie w pierścieniach magnesowanych osiowo. Zwiększenie wysokości oznacza większą objętość materiału i może poprawić zachowanie magnesu przy występowaniu szczeliny. Zależność między wysokością a siłą nie jest jednak liniowa i zależy również od proporcji pierścienia oraz właściwości współpracującej stali.

Grubość ścianki można obliczyć jako połowę różnicy pomiędzy średnicą zewnętrzną a średnicą otworu. Parametr ten wpływa zarówno na właściwości magnetyczne, jak i na podatność pierścienia na pękanie.

Pierścienie neodymowe magnesowane osiowo

Najczęściej spotykane pierścienie neodymowe są magnesowane osiowo. Kierunek namagnesowania przebiega wtedy wzdłuż osi otworu, przez wysokość magnesu. Jeden biegun znajduje się na górnej powierzchni czołowej, a drugi na dolnej.

Taki układ jest odpowiedni do przyciągania płaskiej powierzchni stalowej, współpracy dwóch pierścieni ustawionych jeden nad drugim oraz budowy układów, w których pole ma działać wzdłuż osi otworu.

W magnesie osiowym powierzchnia wewnętrzna otworu nie stanowi oddzielnego bieguna. Linie pola przechodzą jednak również przez obszar otworu i jego otoczenie, dlatego obecność stalowego trzpienia może wpływać na rozkład strumienia magnetycznego.

Dwa pierścienie osiowe mogą się przyciągać lub odpychać zależnie od wzajemnego ustawienia biegunów. Jeżeli mają pracować jako para, ich orientację należy sprawdzić przed trwałym montażem.

Dostępne są również pierścienie magnesowane średnicowo, promieniowo lub wielobiegunowo, ale są to rozwiązania bardziej specjalistyczne. Nie należy zakładać, że każdy magnes okrągły z otworem ma identyczny kierunek namagnesowania.

Znaczenie otworu w magnesie pierścieniowym, neodymowym, magnesy okrągłe z otworem, z dziurką

Otwór centralny jest podstawową cechą odróżniającą pierścień od pełnego magnesu walcowego. Umożliwia on przeprowadzenie elementu konstrukcyjnego przez środek magnesu i zachowanie jego współosiowego położenia.

Określenia takie jak „magnes okrągły z otworem”, „magnes z dziurką” oraz „magnes neodymowy z otworem centralnym” odnoszą się najczęściej właśnie do magnesów pierścieniowych. W terminologii technicznej najlepiej używać określenia magnes pierścieniowy lub magnes z otworem centralnym.

Otwór nie zawsze jest przeznaczony do bezpośredniego mocowania śrubą. W standardowym pierścieniu ma on zwykle proste, walcowe ścianki. Bezpośredni docisk łba śruby lub nakrętki do kruchego magnesu może spowodować jego pęknięcie. Do mocowania wkrętem należy wybierać modele specjalnie wyposażone w pogłębienie stożkowe.

Montaż na trzpieniach i osiach

Pierścienie mogą być osadzane na trzpieniach, osiach, tulejach i wałkach, co ułatwia zachowanie ich współosiowego położenia. Rozwiązanie to jest stosowane między innymi w mechanizmach obrotowych, modelach, czujnikach i układach pomiarowych.

Pomiędzy magnesem a trzpieniem należy pozostawić odpowiedni luz. Materiał NdFeB nie powinien być wciskany na wałek ani rozszerzany przez element o zbyt dużej średnicy. Nawet niewielkie naprężenie promieniowe może doprowadzić do pęknięcia pierścienia.

Jeżeli magnes ma być trwale zamocowany na osi, można zastosować odpowiednio dobrany klej, tuleję pośrednią albo obudowę. Klej powinien tworzyć cienką, równomierną warstwę i nie powodować punktowego podparcia.

Stalowa oś może zmieniać rozkład pola magnetycznego, ponieważ staje się częścią obwodu magnetycznego. W układach precyzyjnych trzeba uwzględnić jej materiał, średnicę oraz długość.

W mechanizmach wirujących magnes powinien być zabezpieczony przed przemieszczeniem pod wpływem siły odśrodkowej. Samo przyciąganie do stalowego trzpienia nie zawsze zapewnia bezpieczne osadzenie.

Prowadzenie przewodów i elementów konstrukcyjnych

Otwór centralny może służyć do przeprowadzenia przewodu, linki, śruby, pręta, czujnika lub innego elementu konstrukcyjnego. Pozwala to umieścić magnes współosiowo wokół części urządzenia bez zwiększania jego zewnętrznych wymiarów.

W czujnikach i układach elektronicznych przez otwór można prowadzić wałek albo element, którego położenie jest wykrywane za pomocą pola magnetycznego. Pierścień może obracać się razem z osią lub pozostawać nieruchomy w obudowie.

Przewód przechodzący przez otwór nie powinien ocierać bezpośrednio o ostre lub uszkodzone krawędzie magnesu. Powłoka może ulec wyszczerbieniu, a izolacja przewodu przetarciu. W razie potrzeby należy zastosować tuleję ochronną.

Otwór może także ułatwiać pozycjonowanie magnesu w przyrządzie montażowym. Trzpień prowadzący pomaga zachować współosiowość podczas klejenia lub składania kilku pierścieni.

Element przechodzący przez środek nie może wywierać nacisku rozporowego. Magnes powinien mieć możliwość swobodnego osadzenia bez naprężeń wynikających z tolerancji lub zmian temperatury.

Rodzaje neodymowych magnesów pierścieniowych

Magnesy pierścieniowe można podzielić według proporcji geometrycznych, średnicy, wysokości, grubości ścianki oraz rodzaju otworu. Poszczególne warianty różnią się zachowaniem magnetycznym, wytrzymałością i sposobem montażu.

Cienki pierścień o niewielkiej wysokości może być odpowiedni do płaskiej konstrukcji i bezpośredniego kontaktu z elementem stalowym. Pierścień grubościenny zawiera więcej materiału magnetycznego i może zapewniać większą siłę. Element o dużej średnicy pozwala natomiast objąć wał, rurę albo rozległy obszar konstrukcji.

Dobór powinien wynikać z funkcji otworu i wymaganych właściwości, a nie tylko z zewnętrznego wyglądu magnesu.

Cienkie neodymowe pierścienie magnetyczne

Cienkie pierścienie mają niewielką wysokość w stosunku do średnicy zewnętrznej. Zajmują mało miejsca i mogą być stosowane w płaskich obudowach, modelach, czujnikach, dekoracjach oraz lekkich mechanizmach.

Przy namagnesowaniu osiowym duża płaska powierzchnia może zapewniać użyteczną siłę przy bezpośrednim kontakcie ze stalą lub drugim magnesem. Siła szybko jednak maleje, gdy pomiędzy elementami pojawia się szczelina.

Cienkie pierścienie są szczególnie podatne na pękanie podczas zginania, wciskania na trzpień oraz nierównomiernego docisku. Nie należy podważać ich ostrym narzędziem ani dopuszczać do gwałtownego zderzenia.

Przy klejeniu wymagają płaskiego i równomiernego podparcia. Nadmiar kleju może spowodować przekoszenie magnesu albo powstanie punktowych naprężeń.

Jeżeli konstrukcja wymaga większego oddziaływania przez obudowę, warstwę tworzywa lub luz roboczy, korzystniejsze może być zastosowanie wyższego pierścienia.

Pierścienie grubościenne

Pierścienie grubościenne mają stosunkowo mały otwór w odniesieniu do średnicy zewnętrznej. Zawierają więcej materiału magnetycznego niż cienkościenny pierścień o takich samych wymiarach zewnętrznych i wysokości.

Większa powierzchnia biegunów może zwiększyć siłę przyciągania do odpowiednio dobranej powierzchni stalowej. Grubsza ścianka poprawia również odporność na przypadkowe pęknięcie, choć materiał nadal pozostaje kruche.

Takie pierścienie mogą być stosowane w uchwytach, sprzęgłach, separatorach, mechanizmach, układach pozycjonujących i konstrukcjach wymagających większego strumienia magnetycznego.

Mały otwór ogranicza jednak zakres możliwych elementów przechodzących przez środek. Przed wyborem należy więc znaleźć kompromis pomiędzy wymaganym światłem otworu a ilością materiału magnetycznego.

W przypadku dużej siły przyciągania trzeba także uwzględnić sposób montażu. Gwałtowne połączenie dwóch grubościennych pierścieni może prowadzić do pęknięcia lub przytrzaśnięcia palców.

Magnesy neodymowe, pierścieniowe o dużej średnicy

Pierścienie o dużej średnicy stosuje się w konstrukcjach obejmujących szerokie wały, rury, tuleje, obudowy i mechanizmy obrotowe. Mogą również tworzyć rozległy obszar oddziaływania magnetycznego wokół osi.

Wraz ze wzrostem średnicy rośnie znaczenie płaskości i równomiernego podparcia. Duży, cienki pierścień może być szczególnie podatny na pęknięcie pod wpływem naprężeń montażowych.

Duża średnica zewnętrzna nie oznacza automatycznie wysokiej siły. Jeżeli otwór jest również bardzo duży, ścianka może pozostać cienka, a objętość materiału magnetycznego stosunkowo niewielka.

W zastosowaniach technicznych należy analizować nie tylko pole na powierzchni, lecz także jego rozkład w otworze i poza obrysem magnesu. Duży pierścień może być częścią bardziej złożonego obwodu magnetycznego wyposażonego w stalowe elementy.

Transport i montaż dużych pierścieni wymagają szczególnej ostrożności. Element powinien być podparty na całym obwodzie i zabezpieczony przed uderzeniem oraz skręcaniem.

Magnesy pierścieniowe z otworem pod wkręt

Magnesy pierścieniowe z otworem pod wkręt mają pogłębienie stożkowe umożliwiające osadzenie łba wkrętu. Po prawidłowym montażu łeb może znajdować się na poziomie powierzchni roboczej lub nieznacznie poniżej niej.

Tego rodzaju magnesy należy odróżniać od standardowych pierścieni z otworem prostym. Zwykły otwór walcowy nie jest przystosowany do bezpośredniego docisku stożkowego łba wkrętu.

Wkręt musi być dopasowany średnicą i kształtem do pogłębienia. Zbyt duży albo niewłaściwie ukształtowany łeb może punktowo obciążyć magnes i spowodować pęknięcie.

Magnes powinien być równomiernie podparty na płaskim podłożu. Wkręt należy dokręcać ręcznie i tylko do momentu ustabilizowania elementu.

Wersje z pogłębieniem mogą występować w dwóch wariantach biegunowości. Jest to ważne, gdy dwa przykręcane magnesy mają pracować naprzeciwko siebie jako para.

Zastosowanie magnesów neodymowych pierścieniowych

Pierścieniowa geometria jest szczególnie przydatna w konstrukcjach, w których magnes musi być ustawiony wokół osi, trzpienia albo przewodu. Pozwala zachować symetrię oraz wykorzystywać centralną przestrzeń do innych funkcji mechanicznych lub elektrycznych.

Magnesy pierścieniowe mogą pełnić funkcję elementu mocującego, napędowego, sprzęgającego, pozycjonującego albo współpracującego z czujnikiem. Ich rzeczywiste działanie zależy od wzajemnego ustawienia biegunów i pozostałych części obwodu magnetycznego.

Mechanizmy obrotowe i napędy

Magnesy pierścieniowe stosuje się w mechanizmach obrotowych, sprzęgłach magnetycznych, silnikach, generatorach i układach bezstykowego przenoszenia momentu obrotowego. Otwór umożliwia montaż współosiowo z wałem lub tuleją.

W prostych konstrukcjach dwa pierścienie mogą oddziaływać osiowo. W bardziej złożonych napędach stosuje się specjalne kierunki namagnesowania lub układy złożone z wielu segmentów magnetycznych.

Magnes powinien być trwale zabezpieczony przed obrotem względem osi, jeżeli moment ma być przenoszony przez połączenie mechaniczne. Sam klej może być niewystarczający przy wysokich prędkościach i zmiennym obciążeniu.

W układach wirujących trzeba uwzględnić siłę odśrodkową, wyważenie oraz dopuszczalną temperaturę pracy. Uszkodzenie lub oderwanie magnesu przy dużej prędkości może spowodować poważne zagrożenie.

Standardowy osiowo namagnesowany pierścień nie jest odpowiedni do każdego silnika lub sprzęgła. Kierunek namagnesowania powinien wynikać z projektu całego układu.

Głośniki, czujniki i urządzenia elektroniczne

Pierścieniowe magnesy są wykorzystywane w układach magnetycznych głośników. Otwór centralny umożliwia odpowiednie ukształtowanie szczeliny magnetycznej oraz rozmieszczenie cewki i stalowych części obwodu.

W czujnikach pierścień może współpracować z kontaktronem, czujnikiem Halla, enkoderem albo innym elementem reagującym na pole magnetyczne. Może być zamocowany na obracającej się osi i służyć do wykrywania ruchu lub położenia.

W urządzeniach elektronicznych ważna jest wartość i kierunek pola w miejscu położenia czujnika. Siła przyciągania nie musi być głównym kryterium doboru.

Magnes może wpływać na inne podzespoły znajdujące się w pobliżu, w tym kompasy elektroniczne, czujniki magnetyczne, przetworniki oraz elementy wykonane z materiałów ferromagnetycznych.

W precyzyjnych układach należy sprawdzić tolerancję położenia magnesu względem czujnika. Niewielkie przesunięcie osiowe lub promieniowe może zmienić wartość rejestrowanego pola.

Konstrukcje techniczne i eksperymentalne

Magnesy pierścieniowe są wykorzystywane w prototypach, stanowiskach badawczych, modelach, doświadczeniach magnetycznych, układach pozycjonujących oraz nietypowych obwodach magnetycznych.

Można je układać współosiowo, rozdzielać przekładkami albo łączyć z elementami stalowymi. Pozwala to badać siły przyciągania i odpychania oraz wpływ odległości na działanie układu.

Pierścienie mogą pracować na prowadnicy lub trzpieniu, co ułatwia kontrolowanie ich wzajemnego położenia. Trzpień nie powinien jednak wywoływać naprężeń ani blokować magnesu w sposób prowadzący do pęknięcia.

W układach z odpychającymi się magnesami trzeba zastosować mechaniczne ograniczenie ruchu. Magnesy mogą gwałtownie przemieszczać się lub obracać w celu uzyskania korzystniejszego ustawienia biegunów.

Konstrukcje specjalistyczne powinny być analizowane jako kompletny obwód magnetyczny. Sama znajomość wymiarów pierścienia nie wystarcza do dokładnego określenia siły i rozkładu pola.

Jak dobrać pierścieniowy magnes neodymowy z otworem centralnym?

Dobór magnesu pierścieniowego powinien rozpocząć się od określenia funkcji otworu. Inne proporcje będą właściwe dla magnesu osadzanego na cienkiej osi, inne dla elementu obejmującego szeroką tuleję, a jeszcze inne dla magnesu mocowanego wkrętem.

Należy uwzględnić średnicę zewnętrzną, średnicę otworu, wysokość, grubość ścianki, kierunek namagnesowania oraz wymagany luz montażowy. Ważne są także temperatura pracy, powłoka ochronna i sposób zabezpieczenia przed uderzeniem.

Wartość siły podawana w danych produktu dotyczy określonych warunków pomiarowych. Rzeczywiste działanie może być słabsze przy cienkiej stali, częściowym kontakcie albo obecności szczeliny.

Dobór średnicy otworu

Średnica otworu powinna być większa od średnicy trzpienia lub osi o wartość zapewniającą swobodny montaż. Wielkość luzu zależy od tolerancji obu elementów, długości współpracy oraz warunków temperaturowych.

Nie należy stosować pasowania wciskowego. Magnes nie może być rozszerzany przez trzpień ani wciskany przy użyciu młotka lub prasy.

Jeżeli pierścień ma być klejony do osi, trzeba pozostawić miejsce na cienką warstwę kleju. Zbyt duży luz może utrudnić zachowanie współosiowości, dlatego pomocna może być tuleja lub przyrząd montażowy.

Przy prowadzeniu przewodu przez otwór należy uwzględnić również izolację, ruch przewodu oraz zabezpieczenie przed ocieraniem.

W przypadku magnesu z pogłębieniem pod wkręt średnicę otworu trzeba dopasować nie tylko do trzpienia, ale również do średnicy i kąta łba.

Dobór grubości ścianki pierścienia

Grubość ścianki wpływa na ilość materiału magnetycznego oraz powierzchnię biegunów. Pierścień o grubszej ściance zazwyczaj może wytwarzać większy strumień niż cienkościenny element o tej samej średnicy zewnętrznej i wysokości.

Zwiększenie średnicy otworu zmniejsza objętość magnesu. Może także obniżać wytrzymałość mechaniczną, szczególnie gdy ścianka staje się bardzo cienka.

Dobór powinien uwzględniać kompromis pomiędzy wymaganym światłem otworu a oczekiwaną siłą. Nie warto wybierać większego otworu, niż jest to potrzebne konstrukcyjnie.

Wysoki pierścień o cienkiej ściance może nadal być delikatny podczas montażu. Większa wysokość nie eliminuje ryzyka pęknięcia pod wpływem naprężeń promieniowych.

Jeżeli magnes ma pracować przy większej szczelinie, samo zwiększenie średnicy zewnętrznej może nie wystarczyć. Znaczenie ma również wysokość oraz cały układ współpracujących elementów.