Více než 180 teplotně odolných magnetů skladem – proč jsou dnes nedostatkové a jak vybrat správně

V kategorii teplotně odolných magnetů najdete přibližně 180 rozměrových a materiálových variant. Velká část sortimentu je dostupná skladem, takže lze vhodný magnet vybrat bez čekání na zakázkovou výrobu.

Při výběru však nestačí sledovat pouze údaj uvedený v názvu produktu. Skutečnou odolnost ovlivňuje materiál magnetu, jeho rozměry, tvar, magnetický obvod, způsob zatížení, délka zahřívání i okolní prostředí.

Co je teplotně odolný magnet?

Teplotně odolný magnet je permanentní magnet vyrobený z materiálu a jakosti, které jsou schopné zachovat požadované magnetické vlastnosti při zvýšené provozní teplotě.

Běžný neodymový magnet bývá zpravidla určen přibližně do 80 °C. Pro vyšší teploty se používají speciální jakosti neodymu, například H, SH, UH nebo EH, případně jiné magnetické materiály, zejména samarium-kobalt, ferit nebo AlNiCo.

Co znamená maximální pracovní teplota magnetu?

Maximální pracovní teplota označuje nejvyšší teplotu, při které může magnet za stanovených podmínek pracovat, aniž by došlo k nepřijatelnému a nevratnému poklesu jeho magnetických vlastností.

Nejde však o univerzální hranici platnou pro každou konstrukci. Magnet může reagovat odlišně podle svých rozměrů, poměru průměru a výšky, pracovního bodu, magnetického obvodu i působení dalších magnetických polí.

Znamená údaj 200 °C, že magnet může být stále zahřátý na 200 °C?

Údaj 200 °C znamená, že je magnet pro takovou maximální pracovní teplotu navržen. V praxi je ale vhodné ponechat bezpečnostní rezervu a neprovozovat zařízení dlouhodobě přesně na hranici deklarovaného limitu.

Pokud má být magnet opakovaně nebo nepřetržitě zahříván, je potřeba zohlednit také délku teplotních cyklů, rychlost ohřevu a chlazení, teplotu okolních částí a případné působení opačného magnetického pole.

Pracovní teplota a Curieova teplota nejsou totéž

Maximální pracovní teplota a Curieova teplota představují dvě odlišné hodnoty.

Maximální pracovní teplota

Jde o praktický provozní limit, při jehož překročení může magnet začít trvale ztrácet část své magnetické síly. Tato hodnota je výrazně nižší než Curieova teplota.

Curieova teplota

Curieova teplota je teplota, při které feromagnetický materiál ztrácí své uspořádané magnetické vlastnosti. Po překročení této hranice přestává materiál fungovat jako permanentní magnet.

Magnet proto nemusí být zahřát až na Curieovu teplotu, aby se poškodil. K nevratnému oslabení může dojít již při výrazně nižší teplotě, pokud je překročen jeho maximální pracovní limit.

Co se stane, když se magnet zahřeje?

S rostoucí teplotou se magnetická síla permanentního magnetu obvykle snižuje. Část tohoto poklesu může být dočasná, jiná část může být nevratná.

Dočasná ztráta síly

Při zahřívání může magnet zeslábnout, ale po ochlazení se jeho síla přibližně vrátí na původní úroveň. Taková změna se označuje jako vratná teplotní ztráta.

Trvalá ztráta síly

Pokud magnet překročí bezpečnou provozní teplotu, může se část magnetických domén nevratně změnit. Po ochlazení se magnet již nevrátí na původní výkon.

Úplná demagnetizace

Při extrémním přehřátí nebo dosažení Curieovy teploty může dojít k velmi výrazné nebo úplné ztrátě magnetických vlastností.

Může se přehřátý magnet znovu zmagnetizovat?

V některých případech lze materiál znovu zmagnetizovat pomocí profesionálního magnetizačního zařízení. V běžných podmínkách ale nejde o jednoduchý domácí postup a poškozený magnet je zpravidla praktičtější nahradit.

Jak poznat, že magnet poškodil vysoký žár?

Poškození nemusí být na první pohled viditelné. Magnet může vypadat stejně jako před zahřátím, ale jeho přídržná síla může být výrazně nižší.

Možné příznaky přehřátí

• magnet drží méně než před zahřátím,
• neaktivuje senzor ve stejné vzdálenosti,
• motor nebo zařízení má nižší výkon,
• magnet se snáze odtrhne od ocelového protikusu,
• došlo k poškození, změně barvy nebo odlupování povrchové úpravy,
• magnet se po ochlazení nevrátil na původní sílu.

Nejspolehlivější je porovnat sílu s nepoužitým magnetem stejného typu nebo provést měření magnetické indukce či odtrhové síly.

Proč běžné neodymové magnety při zahřátí selhávají?

Standardní neodymové magnety mají velmi vysokou magnetickou sílu při malých rozměrech, ale běžné jakosti nejsou určené pro dlouhodobé působení vysokých teplot.

Při zahřívání klesá jejich koercitivita, tedy schopnost odolávat demagnetizaci. Magnet se potom stává citlivější také na působení opačných magnetických polí.

Co znamenají označení H, SH, UH a EH?

Písmena za číselným označením neodymového magnetu informují o jeho odolnosti vůči demagnetizaci a orientační maximální pracovní teplotě.

N nebo bez přípony

Standardní neodymová jakost určená zpravidla přibližně do 80 °C. Je vhodná pro běžné držáky, uzávěry, domácí projekty a technické sestavy bez výrazného zahřívání.

M

Zvýšená teplotní odolnost, zpravidla přibližně do 100 °C.

H

Vyšší odolnost proti demagnetizaci, často přibližně do 120 °C.

SH

Jakost vhodná přibližně do 150 °C. Používá se například v motorech, snímačích a průmyslových sestavách.

UH

Jakost určená přibližně do 180 °C.

EH

Vysoce teplotně odolná neodymová jakost, která může být podle konkrétního produktu vhodná přibližně do 200 °C.

Neodymové magnety pro zvýšené teploty

Teplotně odolné neodymové magnety poskytují vysokou magnetickou sílu i při velmi malých rozměrech. Jsou vhodné tam, kde je omezený prostor a běžný feritový magnet by musel být příliš velký.

Výhody

• vysoká magnetická síla při malém objemu,
• široký výběr rozměrů a tvarů,
• varianty pro teploty přibližně do 120, 150, 180 nebo 200 °C,
• vhodné pro motory, senzory, elektroniku a přesné sestavy.

Nevýhody

• vyšší cena speciálních teplotních jakostí,
• citlivost na korozi při poškození povrchové úpravy,
• tvrdý a křehký materiál,
• nevhodnost běžných jakostí pro teploty nad 80 °C,
• potřeba pečlivě zvolit správnou jakost pro konkrétní aplikaci.

Samariové magnety SmCo pro teploty kolem 300 °C

Samarium-kobaltové magnety, označované jako SmCo, se používají v aplikacích s vysokou teplotou, kde již běžné neodymové magnety nestačí.

Ve srovnání s neodymem mají velmi dobrou teplotní stabilitu a vysokou odolnost proti demagnetizaci. Používají se například v leteckém průmyslu, výkonných elektromotorech, generátorech, senzorech, měřicí technice a vysokoteplotních separačních systémech.

Výhody SmCo magnetů

• vysoká pracovní teplota, často kolem 250 až 350 °C,
• dobrá stabilita magnetických vlastností při změnách teploty,
• vysoká odolnost proti demagnetizaci,
• dobrá odolnost proti korozi,
• vysoký výkon při relativně malých rozměrech.

Nevýhody SmCo magnetů

• vyšší pořizovací cena,
• velmi křehký materiál,
• citlivost na mechanické rázy,
• omezenější výběr běžně dostupných rozměrů.

Feritové magnety pro vyšší teploty

Feritové magnety jsou cenově dostupné, dobře odolávají korozi a běžně snášejí vyšší provozní teploty než standardní neodymové magnety.

Jejich magnetická síla je při stejném objemu nižší, takže pro dosažení požadovaného účinku je zpravidla potřeba větší magnet.

Kdy zvolit ferit?

• když máte dostatek prostoru,
• když nepotřebujete extrémní sílu v malém rozměru,
• když je důležitá nízká cena,
• když bude magnet vystaven vlhkosti nebo vyšší teplotě,
• v reproduktorech, motorech, separátorech a jednoduchých technických aplikacích.

AlNiCo magnety

AlNiCo magnety jsou vyráběné ze slitiny hliníku, niklu a kobaltu. Vynikají velmi dobrou teplotní stabilitou a mohou pracovat při vysokých teplotách.

Jejich nevýhodou je nižší odolnost vůči demagnetizačnímu poli. Konstrukce magnetického obvodu proto musí být navržena tak, aby magnet nebyl vystaven nevhodnému opačnému poli nebo velké vzduchové mezeře.

AlNiCo se používá například v měřicích přístrojích, snímačích, průmyslové technice, elektrických strojích a některých vysokoteplotních aplikacích.

Jak vybrat správný magnet do vysokých teplot?

Nejdříve je potřeba zjistit skutečné podmínky použití. Nejčastější chybou je výběr pouze podle maximální teploty uvedené v popisu zařízení.

1. Změřte teplotu přímo u magnetu

Teplota celého zařízení nemusí odpovídat teplotě v místě magnetu. U motorů, topných těles nebo strojů mohou vznikat lokální teplotní špičky.

Měření proto provádějte v místě skutečného uložení magnetu a za nejvyššího předpokládaného zatížení zařízení.

2. Rozlišujte dlouhodobou a krátkodobou teplotu

Krátkodobé zahřátí na několik sekund může mít jiný vliv než nepřetržitý provoz po dobu několika hodin nebo tisíců pracovních cyklů.

Při dlouhodobém provozu je vhodné zvolit vyšší teplotní třídu a ponechat větší rezervu.

3. Zohledněte působení opačného magnetického pole

Magnet v elektromotoru nebo generátoru není vystaven pouze teplu. Současně na něj mohou působit demagnetizační magnetická pole.

Kombinace vysoké teploty a opačného pole může magnet poškodit rychleji než samotné zahřívání.

4. Zvažte rozměry magnetu

Dva magnety ze stejného materiálu nemusí mít v konkrétní aplikaci stejnou teplotní stabilitu. Důležitý je poměr rozměrů a poloha pracovního bodu magnetu.

Velmi tenké magnety mohou být za určitých podmínek náchylnější k nevratné demagnetizaci než magnety s vhodnějším poměrem rozměrů.

5. Vyberte odpovídající povrchovou úpravu

Niklová vrstva chrání neodymový magnet před běžnou korozí v suchém prostředí. Při vysoké teplotě, vlhkosti nebo působení chemických látek je ale nutné ověřit, zda povrchová úprava dané podmínky snese.

6. Ověřte odolnost lepidla

Magnet může být vhodný do 200 °C, ale běžné lepidlo může selhat již při výrazně nižší teplotě. Vysokoteplotní sestava je spolehlivá pouze tehdy, pokud požadovanou teplotu vydrží všechny její části.

Jakou bezpečnostní rezervu zvolit?

Jedno univerzální pravidlo neexistuje. Velikost rezervy závisí na přesnosti měření, délce provozu, významu aplikace a následcích případného selhání.

Pokud zařízení běžně pracuje při 130 až 140 °C, magnet s limitem 150 °C může být příliš blízko své hranici. V takovém případě může být vhodnější varianta pro 180 nebo 200 °C.

Vyšší rezervu volte zejména tehdy, když:

• se teplota výrazně mění,
• může docházet ke krátkodobým teplotním špičkám,
• magnet je vystaven opačnému magnetickému poli,
• zařízení pracuje nepřetržitě,
• selhání může způsobit poškození zařízení nebo ohrožení osob,
• není možné přesně měřit teplotu přímo u magnetu.

Kde se teplotně odolné magnety používají?

Elektromotory a generátory

Magnety v rotorech a dalších částech motorů mohou být vystaveny kombinaci tepla, vibrací, odstředivých sil a proměnlivého magnetického pole.

Automobilový průmysl

Teplotně odolné magnety se používají ve snímačích, elektrických pohonech, čerpadlech, ventilátorech, polohovacích systémech a dalších částech vozidel.

Senzory a měřicí technika

Magnetické snímače polohy, otáček nebo průtoku musí spolehlivě fungovat i při zahřátí okolního zařízení.

Průmyslové separátory

Vysokoteplotní magnety mohou být součástí separačních systémů pro horké sypké nebo kapalné materiály.

Topná a sušicí zařízení

Magnety se mohou používat v uzávěrech, snímačích, držácích a mechanismech v blízkosti topných těles, pecí nebo sušáren.

Letecký a kosmický průmysl

SmCo magnety se používají tam, kde je důležitá vysoká teplotní stabilita, odolnost proti demagnetizaci a spolehlivost v náročných podmínkách.

Elektronika

Teplotně odolné magnety lze najít v reproduktorech, měřicích přístrojích, relé, magnetických spojkách a dalších elektronických systémech.

Hobby a vývojové projekty

Speciální magnety lze použít také při výrobě modelů, experimentálních motorů, senzorických zařízení a prototypů pracujících při zvýšené teplotě.

Jak teplotně odolný magnet upevnit?

Magnet lze vložit do připraveného pouzdra, mechanicky zajistit nebo přilepit vysokoteplotním lepidlem. Konkrétní řešení musí odpovídat teplotě, mechanickému namáhání a materiálu konstrukce.

Lepení magnetu

1. Vyberte lepidlo určené pro požadovanou provozní teplotu.
2. Ověřte kompatibilitu s povrchovou úpravou magnetu.
3. Plochy očistěte, odmastěte a vysušte.
4. Nepoškozujte ochrannou vrstvu magnetu hrubým broušením.
5. Dodržte doporučenou tloušťku lepicí vrstvy.
6. Nechte lepidlo úplně vytvrdnout při předepsané teplotě.
7. Před provozem proveďte teplotní a mechanickou zkoušku sestavy.

Mechanické zajištění

V motorech a rotačních systémech nemusí samotné lepidlo stačit. Magnet může vyžadovat pouzdro, bandáž, kryt nebo jiný konstrukční prvek, který zabrání jeho uvolnění při vibracích nebo odstředivém zatížení.

Lze teplotně odolný magnet vrtat nebo řezat?

Hotové neodymové a samariové magnety se nemají běžně vrtat, řezat ani brousit. Jsou tvrdé, velmi křehké a při obrábění se mohou zahřívat, prasknout nebo ztratit ochrannou povrchovou úpravu.

Potřebujete-li speciální tvar nebo otvor, vyberte hotové provedení nebo si nechte magnet vyrobit na požadovaný rozměr.

Může teplotně odolný magnet pracovat venku?

Teplotní odolnost automaticky neznamená odolnost proti vodě, korozi nebo chemickým látkám. Jde o dvě různé vlastnosti.

Niklovaný neodymový magnet může být teplotně odolný do 150 nebo 200 °C, ale při poškození povrchové vrstvy může ve vlhkém prostředí začít oxidovat.

Pro venkovní, mokré nebo chemicky agresivní prostředí je potřeba zvolit odpovídající povrchovou úpravu, pouzdro nebo jinou ochranu.

Proč jsou vysokoteplotní magnety dražší?

Vyšší cena souvisí se speciálními magnetickými jakostmi, použitými surovinami, náročnější výrobou, přesným řízením materiálových vlastností a menším objemem výroby oproti běžným magnetům do 80 °C.

U SmCo magnetů cenu zvyšuje také obsah samaria a kobaltu, složité zpracování a vysoké požadavky na přesnost výroby.

Vyšší pořizovací cena však může být výrazně nižší než náklady na odstávku zařízení, výměnu zesláblého magnetu nebo poškození celé sestavy.

Doporučené teplotně odolné magnety

Vybrané produkty pokrývají tři často požadované teplotní rozsahy: 150 °C, 200 °C a 300 °C. Každý z nich má jiný rozměr, tvar a přídržnou sílu.

Nejčastější dotazy k teplotně odolným magnetům

Bezpečnost při práci s teplotně odolnými magnety

Shrnutí

Teplotně odolný magnet je potřeba vybírat podle skutečné provozní teploty, délky zahřívání, magnetického materiálu, rozměrů a konstrukce celé sestavy.

Standardní neodymové magnety bývají vhodné přibližně do 80 °C. Jakosti H, SH, UH a EH umožňují použití přibližně do 120, 150, 180 a 200 °C. Pro teploty kolem 300 °C se používají vysokoteplotní materiály, zejména SmCo nebo jakosti YXG.

Maximální pracovní teplota není totéž co Curieova teplota. Magnet může nevratně zeslábnout již výrazně před dosažením Curieovy hranice.

Nezapomeňte zkontrolovat také odolnost lepidla, pouzdra, povrchové úpravy a ostatních částí konstrukce. Výsledné řešení vždy ověřte v reálných provozních podmínkách a ponechte dostatečnou bezpečnostní rezervu.