¿Cuál es la relación científica entre el tamaño de un anillo de imán de neodimio y su resistencia magnética?

1. Definición básica de fuerza magnética
Strenza del campo magnético de la superficie (Unidad: Gauss o Tesla): indica el tamaño del campo magnético en la superficie del imán, que afecta directamente la fuerza de adsorción o la fuerza sobre el objeto externo.
Flujo magnético (Unidad: Weber): relacionado con el volumen del imán. Cuanto mayor sea el volumen, mayor es el flujo magnético total.
Producto de energía magnética (BHMAX): un parámetro que mide la capacidad de almacenamiento de energía del imán, que está determinado por la remanencia (BR) y la fuerza coercitiva (HC) del material en sí.

Imán de anillo de neodimio

2. La influencia de los parámetros de tamaño en la fuerza magnética
Diámetro exterior (OD) y diámetro interno (ID):
Aumento del diámetro exterior: aumente el área de sección transversal del imán (área de sección transversal circular = π × (Od²-Id²)/4), el flujo magnético total aumenta en consecuencia, pero la resistencia del campo magnético de la superficie puede reducirse ligeramente debido a la difusión de la distribución del campo magnético.
Aumento del diámetro interno: bajo el mismo diámetro externo, el aumento en el diámetro interno reducirá el volumen del imán, lo que resulta en una disminución en el flujo magnético total, pero el campo magnético en el área central puede estar más concentrado (por ejemplo, cuando se magnetizan axialmente).
Grosor (altura):
Aumentar el grosor aumentará directamente el volumen del imán, aumentando así el flujo magnético total. Sin embargo, la resistencia del campo magnético de la superficie no aumenta linealmente, porque la atenuación del campo magnético es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia, y el grosor excesivo puede hacer que la distribución del campo magnético esté más disperso.

3. Dirección de magnetización y distribución de campo magnético
Magnetización axial (campo magnético a lo largo de la dirección del espesor del anillo):
El campo magnético se concentra en ambos extremos del anillo (superficies superior e inferior), y el campo magnético en el área del orificio central es débil. El aumento del grosor extenderá la ruta del campo magnético y puede reducir ligeramente la resistencia del campo magnético de la superficie.
Magnetización radial (campo magnético a lo largo de la circunferencia del anillo):
El campo magnético se concentra en las superficies de diámetro interno y externo del anillo. En este momento, la diferencia de tamaño entre el diámetro interno y el diámetro exterior afectará la uniformidad del campo magnético, y un diámetro interno más pequeño puede conducir a una concentración de campo magnético interno más fuerte.

4. Efecto de campo de desmagnetización (campo de desmagnetización)
El campo magnético inverso generado por la forma del imán mismo debilita la resistencia efectiva al campo magnético.
El factor de desmagnetización de un imán de anillo está relacionado con su relación de aspecto (espesor/diámetro). Los anillos magnéticos más delgados tienen campos de desmagnetización más fuertes, lo que puede hacer que la fuerza magnética real sea más baja que el valor teórico; Los anillos magnéticos más gruesos tienen un efecto de desmagnetización más débil, y la fuerza magnética está más cerca del rendimiento teórico del material.

5. Modelo matemático y ley empírica
Fórmula de flujo magnético: flujo magnético total φ ≈ Br × A (A es el área de la sección transversal), lo que indica que el diámetro externo y el diámetro interno determinan indirectamente el flujo magnético al afectar el área transversal.
Estimación de resistencia al campo magnético de la superficie: para los imanes de anillo magnetizados axialmente, la intensidad del campo magnético de la superficie (B) se acerca a la remanencia (BR) a medida que aumenta el grosor, pero afectada por el campo de desmagnetización, el valor real es generalmente 50% ~ 80% de BR.
Límite de tamaño: cuando el tamaño del imán es demasiado pequeño (como los micro anillos), el efecto límite de grano del material y la precisión del procesamiento pueden causar una disminución significativa en las propiedades magnéticas.

6. Comprimensiones en aplicaciones prácticas
Motores y generadores: se requiere un alto flujo magnético, y generalmente se seleccionan los anillos magnéticos con diámetros y espesores externos más grandes, pero se deben considerar las limitaciones de espacio y las pérdidas de corriente de Fouca Eddy.
Sensores y acoplamiento magnético: depender de la alta resistencia al campo magnético de la superficie, se pueden seleccionar diámetros internos más pequeños y anillos magnéticos más delgados para concentrar el campo magnético.
Adsorción magnética: el flujo magnético total (fuerza de adsorción) y el gradiente de campo magnético (distancia de acción) deben equilibrarse. Por ejemplo, aumentar el grosor puede extender la distancia de adsorción, pero debe optimizarse con el material conductivo magnético.

7. Caso de verificación experimental
El diámetro exterior es fijo, los cambios de diámetro interno: el diámetro interno aumenta de 5 mm a 15 mm (diámetro exterior de 30 mm), el flujo magnético total disminuye en aproximadamente un 40%, pero la resistencia del campo magnético en el área central aumenta en un 20% (magnetización axial).
El grosor se duplicó: el grosor aumenta de 5 mm a 10 mm (diámetro exterior de 20 mm, diámetro interno de 10 mm), la intensidad del campo magnético de la superficie aumenta de 4500 gauss a 6000 gauss, pero cuando continúa aumentando a 15 mm, solo aumenta a 6300 gauss, y la velocidad de aumento disminuye.