Ako čítať B-H demagnetizačnú krivku pre permanentné magnety

Hysterézna slučka sleduje magnetický stav materiálu, keď sa vonkajšie magnetické pole zvyšuje, znižuje a obráti:

Prvý kvadrant (počiatočná magnetizácia): B sa od nuly rýchlo zvyšuje so zvyšujúcim sa magnetizačným poľom (H). Pri nasýtení dosiahne B Br (remanenciu).

Druhý kvadrant (demagnetizačná krivka): H sa zníži na nulu (B klesne na Br), potom sa obráti (negatívny H). Dráha v tomto kvadrante je demagnetizačná krivka-tu funguje magnet, keď je umiestnený v obvode.

Tretí kvadrant: H pokračuje negatívne, kým B nedosiahne nulu (Hcb, koercivita), potom pokračuje do negatívnej saturácie.

Štvrtý kvadrant: H sa vráti späť do kladnej polohy, čím sa slučka dokončí.

Pri návrhu permanentných magnetov sa zameriavame výlučne na druhý kvadrant (demagnetizačná krivka). Krivka ukazuje B vs. -H (demagnetizačné pole).

Na demagnetizačnom grafe sú dve krivky:

Normálna krivka (B-krivka H): B (celková hustota toku) vs. H. Toto je krivka, ktorú používate na výpočet toku vzduchovej medzery a hustoty toku v magnetickom obvode. Zahŕňa príspevok vlastného poľa magnetu. Normálna krivka sa používa na nájdenie pracovného bodu (Bop a Hop) s čiarou zaťaženia.

Vnútorná krivka (krivka J-H alebo M-H): J (magnetizácia alebo B - μ0H) vs. H. Táto krivka predstavuje skutočný magnetický moment materiálu bez demagnetizačného poľa. Vlastná krivka určuje odolnosť voči demagnetizácii: bod kolena je na vnútornej krivke.

Prečo záleží na oboch: Magnet, ktorý má vysoký Br a vysokú normálnu krivku, môže byť stále náchylný na demagnetizáciu, ak má vnútorná krivka skoré koleno. Pre motorové magnety (ktoré zažívajú reverzné polia) je vlastná krivka dôležitejšia ako normálna krivka.

Kolenný bod je miesto, kde demagnetizačná krivka začína prudko „klesať“. Pod kolenom tok magnetu rýchlo klesá s malým zvýšením demagnetizačného poľa a demagnetizácia je nevratná-aj keď sa odstráni reverzné pole, magnet sa úplne neobnoví.

Na vnútornej krivke je koleno miesto, kde krivka začína strmo klesať. Hodnota H v kolene sa v praxi často nazýva „vnútorná koercivita“ (Hcj) (hoci Hcj je pole, v ktorom je J=0, nie samotné koleno). Pre vysokokvalitný-magnet je koleno blízko Hcj. V prípade magnetov nižšej{5}}triedy sa koleno vyskytuje oveľa skôr ako Hcj.

Pre bezpečnú prevádzku musí byť pracovný bod magnetu vždy nad kolenom vlastnej krivky. Ak demagnetizačné pole zatlačí magnet pod koleno, môže dôjsť k nevratným stratám 10-50%.

Typické hodnoty kolena:

N35: koleno pri H ≈ 10 kOe (vnútorná krivka); normálna krivka zostáva lineárna.

N52: koleno pri H ≈ 6-7 kOe (vnútorná krivka) – vyššie riziko demagnetizácie.

SmCo 2:17: vnútorná krivka nemá koleno až po H=0 - úplne lineárne, bezpečné v akomkoľvek reverznom poli.

Koeficient priepustnosti (tiež nazývaný sklon čiary zaťaženia) popisuje, ako magnetický obvod magnetu (vrátane vzduchových medzier, zadného železa a okolitých materiálov) ovplyvňuje pracovný bod. Je definovaný ako:

Koeficient priepustnosti, Pc=B / H (v druhom kvadrante s jednotkami hustoty toku delenými intenzitou poľa).

High Pc (strmá čiara zaťaženia, napr. Pc > 10): Magnet pracuje pri vysokej hustote toku (blízko Br) a nízkom demagnetizačnom poli. K tomu dochádza v uzavretých okruhoch s dobrým zadným železom a malými vzduchovými medzerami. Bezpečné, ale využíva celý potenciál magnetu.

Low Pc (plochá čiara zaťaženia, napr. Pc < 1): Magnet pracuje pri nižšej hustote toku a vyššom demagnetizačnom poli. K tomu dochádza pri veľkých vzduchových medzerách alebo bez zadného železa. Riziko demagnetizácie.

Ak chcete použiť čiaru zaťaženia:

Vypočítajte koeficient priepustnosti z geometrie magnetického obvodu (pomocou FEA alebo analytických vzorcov).

Nakreslite čiaru od začiatku na B-H grafe so sklonom Pc.

Priesečník zaťažovacej čiary s demagnetizačnou krivkou je pracovným bodom (Bop, Hop).

Skontrolujte, či je tento bod nad kolenom na vnútornej krivke. Ak nie, magnet sa demagnetizuje. Zväčšite hrúbku magnetu, zmenšite vzduchovú medzeru alebo zvoľte vyššiu-triedu Hcj.

Príklad: Magnet motora N42SH (Hcj=20 kOe) so záťažovou čiarou Pc=2. Pracovný bod je pri H≈7 kOe, B≈14 kGs. Koleno má hodnotu H≈10 kOe. Operačný bod je nad kolenom-bezpečný. Ak Pc klesne na 1 (veľká vzduchová medzera), pracovný bod sa posunie na H≈12 kOe-pod kolenom-nebezpečne. Namiesto toho použite N42UH (Hcj=25 kOe).

Pre výrobcov motorov a snímačov poskytujeme FEA simuláciu a analýzu záťažovej línie. Odporúčame optimálny sklon a geometriu, aby sa zabezpečilo, že operačný bod zostane nad kolenom pri všetkých prevádzkových teplotách (vrátane najhorších-reverzných polí).

Pre viac informácií o demagnetizačných krivkách a analýze čiary zaťaženia navštívte našu domovskú stránku Analýza konečných prvkov a TechBlog na našej webovej stránke.

Ak chcete požiadať o analýzu demagnetizácie pre váš návrh magnetu,-vrátane výberu sklonu a výpočtu záťažovej čiary-pošlite nám geometriu magnetického obvodu a prevádzkovú teplotu. Náš technický tím poskytuje úplnú správu o riziku demagnetizácie.

Otázka: Aký je rozdiel medzi Hcb a Hcj?
A: Hcb (koercivita) je reverzné pole potrebné na zníženie B na nulu (na normálnej krivke). Hcj (vnútorná koercivita) je reverzné pole potrebné na zníženie J (magnetizácie) na nulu (na vnútornej krivke). Hcj je vždy vyššia ako Hcb. Hcj je lepším indikátorom odolnosti proti demagnetizácii.

Otázka: Ako súvisí teplota a krivka demagnetizácie?
A: So zvyšujúcou sa teplotou klesá Br aj Hcj. Koleno sa pohybuje nižšie na osi H- a vnútorná krivka klesá. Pre vysokoteplotnú-prevádzku vyberte stupeň s dostatočnou Hcj pri prevádzkovej teplote. Pre každý stupeň poskytujeme teplotne-korigované demagnetizačné krivky.

Otázka: Môžem demagnetizovať magnet operáciou pod kolenom len malým množstvom?
A: Áno. Dokonca aj krátka exkurzia pod koleno spôsobuje nezvratnú stratu. Strata je úmerná oblasti pod kolenom. Pre bezpečnostné-kritické aplikácie (letectvo, automobilový priemysel) navrhujeme s 20 % rezervou nad kolenom pri najhoršom-prípade teploty a zaťaženia.