Qual é a relação científica entre o tamanho de um anel de ímã de neodímio e sua força magnética?

1. Definição básica de força magnética
Resistência ao campo magnético da superfície (unidade: gauss ou tesla): indica o tamanho do campo magnético na superfície do ímã, que afeta diretamente a força de adsorção ou a força no objeto externo.
Fluxo magnético (Unidade: Weber): Relacionado ao volume do ímã. Quanto maior o volume, maior o fluxo magnético total.
Produto de energia magnética (BHMAX): um parâmetro que mede a capacidade de armazenamento de energia do ímã, que é determinado pela remanência (BR) e pela força coercitiva (HC) do próprio material.

Ímã de anel de neodímio

2. A influência dos parâmetros de tamanho na força magnética
Diâmetro externo (OD) e diâmetro interno (ID):
Aumento do diâmetro externo: Aumente a área de seção transversal do ímã (área de seção transversal circular = π × (OD²-ID²)/4), o fluxo magnético total aumenta de acordo, mas a resistência ao campo magnético da superfície pode ser ligeiramente reduzida devido à difusão da distribuição do campo magnético.
Aumento do diâmetro interno: No mesmo diâmetro externo, o aumento do diâmetro interno reduzirá o volume do ímã, resultando em uma diminuição no fluxo magnético total, mas o campo magnético na área central pode ser mais concentrado (por exemplo, quando magnetizado axialmente).
Espessura (altura):
Aumentar a espessura aumentará diretamente o volume do ímã, aumentando assim o fluxo magnético total. No entanto, a força do campo magnético da superfície não aumenta linearmente, porque a atenuação do campo magnético é inversamente proporcional ao quadrado da distância, e a espessura excessiva pode fazer com que a distribuição do campo magnético seja mais dispersa.

3. Direção de magnetização e distribuição de campo magnético
Magnetização axial (campo magnético ao longo da direção da espessura do anel):
O campo magnético é concentrado nas duas extremidades do anel (superfícies superior e inferior) e o campo magnético na área do orifício central é fraco. Aumentar a espessura estenderá o caminho do campo magnético e pode reduzir ligeiramente a resistência do campo magnético da superfície.
Magnetização radial (campo magnético ao longo da circunferência do anel):
O campo magnético está concentrado nas superfícies internas e externas do diâmetro do anel. Nesse momento, a diferença de tamanho entre o diâmetro interno e o diâmetro externo afetará a uniformidade do campo magnético, e um diâmetro interno menor pode levar a uma concentração de campo magnético interno mais forte.

4. Desmagnetização do efeito do campo (desmagnetização do campo)
O campo magnético reverso gerado pela forma do próprio ímã enfraquece a força efetiva do campo magnético.
O fator de desmagnetização de um ímã de anel está relacionado à sua proporção (espessura/diâmetro). Anéis magnéticos mais finos têm campos de desmagnetização mais fortes, que podem fazer com que a força magnética real seja menor que o valor teórico; Anéis magnéticos mais espessos têm um efeito de desmagnetização mais fraco, e a força magnética está mais próxima do desempenho teórico do material.

5. Modelo matemático e direito empírico
Fórmula do fluxo magnético: fluxo magnético total φ ≈ Br × A (A é a área da seção transversal), indicando que o diâmetro externo e o diâmetro interno determinam indiretamente o fluxo magnético, afetando a área da seção transversal.
Estimativa de força do campo magnético da superfície: Para ímãs de anel magnetizados axialmente, a resistência do campo magnético da superfície (b) se aproxima da remanência (BR) à medida que a espessura aumenta, mas afetada pelo campo de desmagnetização, o valor real é geralmente 50% ~ 80% de Br.
Limite de tamanho: Quando o tamanho do ímã é muito pequeno (como micro anéis), o efeito do limite do grão do material e a precisão do processamento podem causar uma diminuição significativa nas propriedades magnéticas.

6. Compensações em aplicações práticas
Motores e geradores: é necessário alto fluxo magnético e os anéis magnéticos com diâmetros e espessuras externos maiores são geralmente selecionados, mas as limitações do espaço e as perdas de corrente de Foucault devem ser consideradas.
Sensores e acoplamento magnético: confiar na força do campo magnético de alta superfície, diâmetros internos menores e anéis magnéticos mais finos podem ser selecionados para concentrar o campo magnético.
Adsorção magnética: o fluxo magnético total (força de adsorção) e o gradiente de campo magnético (distância de ação) precisam ser equilibrados. Por exemplo, aumentar a espessura pode estender a distância de adsorção, mas precisa ser otimizado com o material condutor magnético.

7. Caso de verificação experimental
O diâmetro externo é fixado, o diâmetro interno alterações: o diâmetro interno aumenta de 5 mm para 15 mm (diâmetro externo 30 mm), o fluxo magnético total diminui em cerca de 40%, mas a resistência do campo magnético na área central aumenta em 20% (magnetização axial).
A espessura dobrou: a espessura aumenta de 5 mm para 10 mm (diâmetro externo de 20 mm, diâmetro interno 10 mm), a força do campo magnético da superfície aumenta de 4500 gauss para 6000 gauss, mas quando continua aumentando para 15 mm, aumenta apenas para 6300 Gauss e o aumento da taxa diminui.