Oks: Du har vært inne på mye av dette allerede, og tenker også veldig mye riktig. Men tenkte å oppsummere litt igjen:
Innledning
Om vi spoler litt tilbake igjen, så var vi jo da inne på forskjellen på BH-kurvene til permanentmagneter og paramagneter. Når man betrakter en magnet fokuserer man i hovedsak på 4. kvadrant, mens når man kikker på BH-kurver for paramagneter fokuserer man i hovedsak på 1. kvadrant.
Årsaken til at disse kurvene er interessant er at både magnetene og paramagnetene utsettes for påvirkning fra magnetfeltet i talespolen, og for permanentmagneter beveger man seg i 1. og 4. kvadrant, men det er i 4. kvadrant det skjer mest, mens for paramagneter skjer alt i 1. og 3. kvadrant, men siden 3. kvadrant er punktymmetrisk om origo finner vi alle svarene vi behøver i 1. kvadrant, i hvertfall for alle ordinære paramagneter.
Her er det mange faktorer som er verdt å vurdere, både mht konstruksjonen til motorsystemet, spolen osv, men la oss kikke på den elementære påvirkningen, og hvordan BH-kurven for ferromagneter har relevans:
BH-kurven for en permanentmagnet i tredje kvadrant:
Om vi forutsetter at magnetfeltet fra spolen påvirker feltet helt inn til permanentmagneten i motorsystemet betyr det at denne utsettes for et motfelt (H). Om vi ser på BH-kurven for et magnetmateriale:
Her ser vi i all hovedsak to kurver, og disse ser man ofte i forbindelse med ferromagneter. Den røde
viser materialets egenmagnetisme. Den blå kurven viser summen av egenmagnetismen og det eksterne feltet. Det skal neppe mye fantasi til for å se at den røde kurven er beregnet ut av den blå, og at den blå er det vi i prinsippet kan måle rent fysisk.
Enheter
Enheten for B-aksen er Tesla, men Gauss er også ganske vanlig. En Tesla er det samme som 10 000 Gauss. Siden en Gauss er veldig liten er tallene gjerne høye og derfor ofte oppgitt i kiloGauss. Tilsvarende Gauss ser vi ofte enheten Oersted, med A/m som si-enhet. 1 Oersted = 1000/4pi A/m. Altså er 1A/m ca 80 Oersted. Der ser vi forøvrig også forbindelsen til elektrisitet i elektromagnetisme (Ampere/meter).
BHmax
Men Gauss og Oersted benyttes da ofte som enhet når det er snakk om det vi kaller det maksimale energiproduktet til magneten. Om vi følger den blå kurven vil vi finne punktet der produktet av H og B er aller høyest. For denne magneten vil dette punktet havne på ganske akkurat 42 000 000, eller 42 Mega Gauss Oersted (42MGOe). De fleste har sikkert nå lagt merke til at dette er en N42 neodym-magnet. Tallet 42 sier altså noe om det vi kaller BHmax, også kalt det maksimale energiproduktet. Dette punktet sier altså noe om hvor kraftig magneten er, men det sier lite om hvor lett den er å avmagnetisere.
Ulike magnettyper
Så la oss ta en kikk på hvordan en del magnetmaterialer ser ut i forhold til hverandre. Her er et lite men bra diagram:
Her har vi med et par neodym-magneter, en samarium-cobalt, et par aluminium-nikkel-kobolt (alnico), og en eller annen ferittmagnet. Det som er interessant er for det første å se på det maksimale feltet, avmagnetiseringskraften, og hvordan kurvene ser ut over selve kneet. Men siden det er så stor forskjell på en neodymmagnet og en alnico mht avmagnetiseringskraft er det vanskelig å studere hvordan de ser ut over kneet i samme diagram. Og det er her vi kommer til det interessante.
Alnico over kneet
Her er et diagram som viser diagrammet for en alnicomagnet:
Når man ser denne kurven er det lett å tenke "Å dæven, den var sykt mye mer linjær enn neodym!", og i tillegg "Å dæven, det var ekstremt liten forskjell på intrinsic og normal-kurvene!". Men hold an et øyeblikk. Legg merke til H-aksen. I forrige diagram krysset Alnico 5-magneten H-aksen før -1kOersted. Regner vi om dette diagrammet kommer vi til snaut -625 Oersted. Til sammenlikning krysser N42-magneten fra forrige diagram kurven ved -12 000 Oersted. Dette blir litt som å sammenlikne en frekvenskurve med 10dB på Y-aksen, og en med 120dB på Y-aksen. Setter vi neodym-magneten inn i samme diagram vil kurven bare falle fra ca 1,45T til 1,41T, altså ganske så flat. Vi vet jo også at selv om normalkurven til N42-magneten faller bratt hele veien i det første diagrammet, så ligger den også nær intrinsic curve i nærheten av B-aksen, akkurat som alnicomagneten.
Betyr det noe om kurven er flat?
Når talespolen setter opp sitt magnetfelt mot magnetsystemet vil verdien av magnetfeltet bevege seg langs normalkurven. Det vi ønsker er at verdien av B skal endre seg minst mulig, mens verdien av H skal ha det nødvendige spillerommet som kreves for driverens arbeidsområde. Om man benytter seg av neodym eller alnico skulle da sånn sett ikke bety noe siden BH-kurvene er omtrent like, gitt at man ikke begynner å nærme seg kneet eller avmagnetiseringspunktet til alnicomagneten.
Hva med de andre faktorene?
Om vi ser på det maksimale energipunktet for en N42 som i diagrammet over ser vi at kurven omtrent er en perfekt x=Ay+B, altså en helt rett kurve. BHmax havner omtrent midt på denne kurven. Ser vi på N52-magneten ser vi at denne også ser slik ut, et stykke, men mot slutten faller den av. Om vi allikevel "fullfører kurven" slik at den blir flat som den til N42, uten et kne, vil det være midten på denne tenkte kurven som er BHmax. Dette fungerer også for SmCo og den keramiske magneten, men hva med Alnico-magnetene? Benytter vi samme metode der får vi en situasjon der punktet havner utenfor den faktiske kurven, og det betyr at magneten for lengst er avmagnetisert. Vi må plassere punktet for BHmax omtrent i kneet for å få riktig verdi.
På tide å konkludere
Av dette kan vi trekke to konklusjoner. Den ene er, det kanskje mest åpenbare, at en Alnico er veldig lett å avmagnetisere sammenliknet med en neodym som på sin side er ekstremt vanskelig å avmagnetisere. Det andre er at for å finne BHmax for en Alnico må vi nær B-aksen, noe som gir en veldig lav verdi for H. Sammenlikner vi Alnico5 og N42 ser vi at de er omtrent like kraftige i praksis, men der N42 har et energiprodukt på 42MGOe ligger den nesten like kraftige Alnico 5 på ca 5MGOe. Da er det selvsagt fort gjort å tenke at det er derfor den heter Alnico 5, og det kan hende stemmer, men det finnes ulike verdier av Alnico 5. Eclipse Magnetics har for eksempel Alnico 5 fra 4,25MGOe til 5,5MGOe. De har også Alnico 8 fra 4,5 til 5,5MGOe, og det finnes isotropiske Alnicomagneter av samme klasse med vesentlig lavere energiprodukt. Denne forskjellen skyldes at i anisotropiske magneter er retningen for magnetisering bestemt i materialet før den magnetiseres, noe som gir langt høyere ytelse. Jeg kan med andre ord ikke klart for meg hvorfor de heter det de heter, men jeg tror dette er en slags markedsnavn for magneter med ulike legeringer.
Her kan man nerde litt på alnico støpevarianter og grader:
https://www.eclipsemagnetics.com/me..._assemblies/alnico_magnets_datasheet_rev2.pdf
Og her kan man nerde litt på de andre egenskapene til alnico:
https://www.duramag.com/alnico-magnets/available-alnico-magnet-grades/
Og er man ikke allerede skikkelig mett er det enda mer her:
https://e-magnetsuk.com/alnico_magnets/information.aspx