磁铁的吸力与磁吸器件

磁铁的吸力与磁吸器件

引用

CSDN

1.

https://blog.csdn.net/sn20020852/article/details/132361080

磁铁的吸力是其在各类磁吸器件、磁性连接结构等应用中的关键性能指标。本文将从磁铁吸力的计算公式出发，探讨如何通过优化吸附面积和气隙磁通密度来提升磁铁的吸力，并结合实际应用案例，深入分析磁吸件的设计原理和趋势。

目前磁铁很多的应用是利用其同极相斥异极相吸以及对铁磁性物质吸附的原理，如各类磁吸器件、磁性连接结构、磁选设备、磁传动设备等。
对于磁吸类的应用，大家都非常关注磁铁的吸力。磁铁的吸力是可以计算的，有如下公式可以参考，但是需要注意的是，公式默认的条件是非常理想的，即磁场分布非常均匀，被吸物磁导率非常高（弱磁性的材料如300系列不锈钢及其他一些铁合金不能适用），厚度和吸附面积足够（再增加厚度和面积吸力不会再有提升，即不考虑有漏磁），即使是这样计算值仍然只能作为参考，不能作为精确计算。
F（N）=2*S（m²）B（T）²/μ0
其中S代表吸附面积，B代表气隙磁通密度，μ0是正空磁导率（是一个常数，μ0=4π10-7 ）。
如何提高磁铁的吸力呢？
从公式中我们就能看出，磁铁的吸力与吸附面积和气隙磁通密度成正比，可见增大吸附面积、提高气隙磁通密度是提高磁体吸力的两大途径。
1．增大吸附面积
被吸物应至少能覆盖磁铁吸附面，有条件的情况下可增大被吸物的厚度。

一块磁铁与铁板相吸时：
🔹 铁板面积越大，磁铁与铁板间的吸力越大；当吸附的面积等于磁铁的面积时，吸力变大的趋势会逐渐减缓，当铁板足够大时，再加大铁板的面积可能对吸力不会再有提高；
🔹铁板面积相同时，当铁板厚度较薄，增加铁板的厚度可提升吸力，当铁板较厚时，增加铁板的厚度对吸力的增加会逐渐趋于平缓，直至不再有提高。

1. 提高气隙磁通密度
   当吸附面积S不变时，想办法提高气隙磁通密度降低漏磁会是比较有效的提高吸力的方法，通过多极充磁的方式能够有效地降低漏磁。
   从磁场仿真图中我们可以看出，磁铁改为双极充磁后，漏磁明显降低，磁力线有很大一部分在吸附的铁片内部形成磁路闭环。
   如果极数进一步的增加，并且磁铁底部加一块导磁片，漏磁会进一步减少，吸力也会进一步的提升。
   目前磁吸件的设计趋势就是尽可能提高磁场的利用率，通过多极磁路或海尔贝克磁路的设计，或者借助一些磁导率高的材料的引导，让磁场尽可能多的穿过被吸物体形成磁路闭环。典型的应用有：
   橡胶磁片，设计的就是多级充磁，有的是双面多极，有的是单面多极，橡胶磁的磁体性能是很低的，但是经过多极的磁路设计，磁场在表面分布密集，在吸附时漏磁很小，从而产生较好的吸附效果；
   
   门吸类的磁器件，通过导磁片的引导，在吸附时让磁路几乎都是从被吸附物上形成回路，这样磁场的利用率很高，直观的体验是小小的一个磁吸件（有的还是用铁氧体），直接接触时的吸力巨大。
   
   
   对于磁吸件的设计离不开吸附间距的考虑，以上提及的都是按照直接接触的吸附，如果间距在变化，往往吸力变化也是很大的，如下图是几种典型的单磁铁磁吸器件，多极的磁组件也是类似的规律，极数越多，0间距时吸力越大，但是随间距的增加衰减越明显。