Kako brati krivuljo razmagnetenja B-H za trajne magnete

Histerezna zanka sledi magnetnemu stanju materiala, ko se zunanje magnetno polje poveča, zmanjša in obrne:

Prvi kvadrant (začetna magnetizacija): B se hitro poveča od nič, ko se magnetizirajoče polje (H) poveča. Pri nasičenju B doseže Br (remanenca).

Drugi kvadrant (krivulja demagnetizacije): H se zmanjša na nič (B pade na Br), nato se obrne (negativni H). Pot v tem kvadrantu je krivulja razmagnetenja-tu deluje magnet, ko je nameščen v vezje.

Tretji kvadrant: H ostaja negativen, dokler B ne doseže nič (Hcb, koercitivnost), nato pa se nadaljuje do negativne nasičenosti.

Četrti kvadrant: H se pomakne nazaj na pozitivno in s tem zaključi zanko.

Pri oblikovanju trajnega magneta se osredotočamo izključno na drugi kvadrant (krivulja razmagnetenja). Krivulja prikazuje B proti. -H (razmagnetno polje).

Na grafu razmagnetenja sta dve krivulji:

Normalna krivulja (B-H krivulja): B (skupna gostota pretoka) proti H. To je krivulja, ki jo uporabljate za izračun pretoka zračne reže in gostote pretoka v magnetnem vezju. Vključuje prispevek lastnega polja magneta. Normalna krivulja se uporablja za iskanje delovne točke (Bop in Hop) z obremenitveno črto.

Lastna krivulja (krivulja J-H ali M-H): J (magnetizacija ali B - μ0H) v primerjavi s H. Ta krivulja predstavlja dejanski magnetni moment materiala, brez razmagnetečega polja. Lastna krivulja določa odpornost proti razmagnetenju: točka kolena je na notranji krivulji.

Zakaj je oboje pomembno: magnet, ki ima visoko Br in visoko normalno krivuljo, je lahko še vedno nagnjen k razmagnetenju, če ima notranja krivulja zgodnje koleno. Za motorne magnete (ki doživljajo obratna polja) je intrinzična krivulja pomembnejša od normalne krivulje.

Točka kolena je tam, kjer krivulja razmagnetenja začne močno "padati". Pod kolenom magnetni tok hitro pade z majhnim povečanjem polja za razmagnetenje, razmagnetenje pa je nepovratno-tudi če je obratno polje odstranjeno, se magnet ne obnovi popolnoma.

Na intrinzični krivulji je koleno tam, kjer se krivulja začne strmo spuščati. Vrednost H na kolenu se v praksi pogosto imenuje "notranja koercitivnost" (Hcj) (čeprav je Hcj polje, pri katerem je J=0, ne koleno samo). Pri visoko-kakovostnem magnetu je koleno blizu Hcj. Pri magnetih nižje-razreda se koleno pojavi precej pred Hcj.

Za varno delovanje mora delovna točka magneta vedno ostati nad kolenom intrinzične krivulje. Če razmagnetno polje potisne magnet pod koleno, lahko pride do nepopravljivih izgub 10-50 %.

Tipične vrednosti kolena:

N35: koleno pri H ≈ 10 kOe (intrinzična krivulja); normalna krivulja ostane linearna.

N52: koleno pri H ≈ 6-7 kOe (intrinzična krivulja) - večje tveganje demagnetizacije.

SmCo 2:17: intrinzična krivulja nima kolena do H=0 - popolnoma linearna, varna v katerem koli obratnem polju.

Koeficient prepustnosti (imenovan tudi naklon bremenske črte) opisuje, kako magnetno vezje magneta (vključno z zračnimi režami, zadnjim železom in okoliškimi materiali) vpliva na delovno točko. Opredeljen je kot:

Koeficient permeance, Pc=B / H (v drugem kvadrantu z enotami gostote pretoka, deljene s poljsko jakostjo).

Visok Pc (strma črta obremenitve, npr. Pc > 10): Magnet deluje pri visoki gostoti pretoka (blizu Br) in nizkem polju razmagnetenja. To se zgodi v zaprtih tokokrogih z dobrim zadnjim železom in majhnimi zračnimi režami. Varen, vendar izkorišča ves potencial magneta.

Nizek Pc (ravna obremenitvena črta, npr. Pc < 1): magnet deluje pri nižji gostoti pretoka in večjem razmagnetnem polju. To se zgodi pri velikih zračnih režah ali brez zadnjega železa. Nevarnost razmagnetenja.

Za uporabo tovorne črte:

Izračunajte koeficient permeance iz geometrije vašega magnetnega vezja (z uporabo FEA ali analitičnih formul).

Na grafu B-H narišite črto iz izhodišča z naklonom Pc.

Presek obremenilne črte s krivuljo razmagnetenja je delovna točka (Bop, Hop).

Preverite, ali je ta točka nad kolenom na notranji krivulji. V nasprotnem primeru se bo magnet razmagnetil. Povečajte debelino magneta, zmanjšajte zračno režo ali izberite višji-Hcj razred.

Primer: magnet motorja N42SH (Hcj=20 kOe) z obremenitveno črto Pc=2. Delovna točka je pri H≈7 kOe, B≈14 kGs. Koleno je pri H≈10 kOe. Delovna točka je varna-nad koleni. Če Pc pade na 1 (velika zračna reža), se delovna točka premakne na H≈12 kOe-pod koleno-nevarno. Namesto tega uporabite N42UH (Hcj=25 kOe).

Za proizvajalce motorjev in senzorjev nudimo FEA simulacijo in analizo obremenitve. Priporočamo optimalen naklon in geometrijo, da zagotovite, da delovna točka ostane nad kolenom pri vseh delovnih temperaturah (vključno z obrnjenimi polji v najslabšem-primeru).

Za več o krivuljah razmagnetenja in analizi obremenitve obiščite našo domačo stran analize končnih elementov in TechBlog na našem spletnem mestu.

Če želite zahtevati analizo razmagnetenja za vašo zasnovo magneta-vključno z izbiro stopnje in izračunom obremenitve-, nam pošljite svojo geometrijo magnetnega vezja in delovno temperaturo. Naša ekipa inženirjev zagotavlja popolno poročilo o tveganju razmagnetenja.

V: Kakšna je razlika med Hcb in Hcj?
A: Hcb (koercitivnost) je obratno polje, potrebno za zmanjšanje B na nič (na normalni krivulji). Hcj (intrinzična koercitivnost) je obratno polje, potrebno za zmanjšanje J (magnetizacije) na nič (na intrinzični krivulji). Hcj je vedno višji od Hcb. Hcj je boljši pokazatelj odpornosti proti razmagnetenju.

V: Kako sta povezani temperatura in krivulja razmagnetenja?
O: Ko temperatura narašča, se Br in Hcj zmanjšujeta. Koleno se premakne nižje na osi H- in intrinzična krivulja pade. Za delovanje pri visokih-temperaturah izberite razred z zadostno Hcj pri delovni temperaturi. Ponujamo krivulje demagnetizacije s-korigirano temperaturo za vsako stopnjo.

V: Ali lahko razmagnetim magnet tako, da le malo pritisnem pod koleno?
O: Da. Tudi kratek izlet pod koleno povzroči nepopravljivo izgubo. Izguba je sorazmerna s površino pod kolenom. Za varnost-kritične aplikacije (letalstvo, avtomobilizem) načrtujemo z 20-odstotno rezervo nad kolenom pri najslab-primerni temperaturi in obremenitvi.