L'anatomia d'un bucle d'histeresi
El bucle d'histèresi traça l'estat magnètic d'un material a mesura que el camp magnètic extern augmenta, disminueix i s'inverteix:
Primer quadrant (magnetització inicial): B augmenta ràpidament des de zero a mesura que augmenta el camp magnetitzant (H). A la saturació, B arriba a Br (la remanència).
Segon quadrant (corba de desmagnetització): H es redueix a zero (B cau a Br), després s'inverteix (H negatiu). El camí en aquest quadrant és la corba de desmagnetització-aquí és on opera l'imant quan es col·loca en un circuit.
Tercer quadrant: H continua negatiu fins que B arriba a zero (Hcb, la coercivitat), després continua fins a la saturació negativa.
Quart quadrant: H torna a positiu, completant el bucle.
Per al disseny d'imants permanents, ens centrem exclusivament en el segon quadrant (la corba de desmagnetització). La corba mostra B vs. -H (camp desmagnetitzant).
Diferenciació entre la corba normal i la corba intrínseca
Hi ha dues corbes al gràfic de desmagnetització:
corba normal (corba B-H): B (densitat de flux total) vs. H. Aquesta és la corba que utilitzeu per calcular el flux d'entrefer i la densitat de flux al circuit magnètic. Inclou l'aportació del camp propi de l'imant. La corba normal s'utilitza per trobar el punt de funcionament (Bop i Hop) amb la línia de càrrega.
Corba intrínseca (corba J-H o M-H): J (magnetització, o B - μ0H) vs. H. Aquesta corba representa el moment magnètic real del material, excloent el camp desmagnetitzant. La corba intrínseca determina la resistència a la desmagnetització: el punt del genoll es troba a la corba intrínseca.
Per què importen tots dos: un imant que té un Br alt i una corba normal alta encara pot ser propens a la desmagnetització si la corba intrínseca té un genoll primerenc. Per als imants de motor (que experimenten camps inversos), la corba intrínseca és més important que la corba normal.
Identificació del punt del genoll (genoll de la corba de desmagnetització)
El punt del genoll és on la corba de desmagnetització comença a "caure" bruscament. Per sota del genoll, el flux de l'imant cau ràpidament amb un petit augment del camp de desmagnetització, i la desmagnetització és irreversible-encara que s'elimini el camp invers, l'imant no es recupera completament.
A la corba intrínseca, el genoll és on la corba comença a baixar bruscament. El valor H al genoll sovint s'anomena "coercivitat intrínseca" (Hcj) en termes pràctics (tot i que Hcj és el camp on J=0, no el genoll mateix). Per a un imant-alta qualitat, el genoll està a prop de Hcj. Per als imants de grau inferior-, el genoll apareix molt abans de l'Hcj.
Per a un funcionament segur, el punt de funcionament de l'imant ha de romandre sempre per sobre del genoll de la corba intrínseca. Si el camp desmagnetitzant empeny l'imant per sota del genoll, es poden produir pèrdues irreversibles del 10-50%.
Valors típics del genoll:
N35: genoll a H ≈ 10 kOe (corba intrínseca); la corba normal es manté lineal.
N52: genoll a H ≈ 6-7 kOe (corba intrínseca) - major risc de desmagnetització.
SmCo 2:17: la corba intrínseca no té cap genoll fins a H=0 - completament lineal, segura en qualsevol camp invers.
Línies de càrrega (coeficient de permeància): predicció del comportament de l'imant en conjunts
El coeficient de permeància (també anomenat pendent de la línia de càrrega) descriu com el circuit magnètic d'un imant (inclosos els buits d'aire, el ferro posterior i els materials circumdants) afecta el punt de funcionament. Es defineix com:
Coeficient de permeància, Pc=B / H (al segon quadrant, amb unitats de densitat de flux dividides per la intensitat de camp).
Pc alt (línia de càrrega pronunciada, p. ex., Pc > 10): l'imant funciona amb una densitat de flux alta (prop de Br) i un camp de desmagnetització baix. Això passa en circuits tancats amb un bon ferro posterior i petits buits d'aire. Segur, però utilitza tot el potencial de l'imant.
Pc baix (línia de càrrega plana, p. ex., Pc < 1): l'imant funciona amb una densitat de flux més baixa i un camp de desmagnetització més alt. Això passa amb grans buits d'aire o sense ferro posterior. Risc de desmagnetització.
Per utilitzar la línia de càrrega:
Calculeu el coeficient de permeància a partir de la geometria del vostre circuit magnètic (utilitzant FEA o fórmules analítiques).
Dibuixa una recta des de l'origen al gràfic B-H amb pendent Pc.
La intersecció de la línia de càrrega amb la corba de desmagnetització és el punt de funcionament (Bop, Hop).
Comproveu que aquest punt estigui per sobre del genoll a la corba intrínseca. Si no, l'imant es desmagnetitzarà. Augmenteu el gruix de l'imant, reduïu l'espai d'aire o trieu un grau-Hcj superior.
Exemple: un imant de motor N42SH (Hcj=20 kOe) amb una línia de càrrega Pc=2. El punt de funcionament és a H≈7 kOe, B≈14 kGs. El genoll està a H≈10 kOe. El punt d'operació està per sobre del genoll-segur. Si Pc baixa a 1 (entrefer gran), el punt de funcionament es mou a H≈12 kOe-per sota del genoll-insegur. Utilitzeu N42UH (Hcj=25 kOe) en el seu lloc.
Per als fabricants de motors i sensors, oferim simulació FEA i anàlisi de línies de càrrega. Recomanem el grau i la geometria òptims per garantir que el punt de funcionament es mantingui per sobre del genoll a totes les temperatures de funcionament (inclosos els-camps inversos del pitjor cas).
Per obtenir més informació sobre les corbes de desmagnetització i l'anàlisi de línies de càrrega, visiteu la nostra pàgina d'inici d'Anàlisi d'elements finits i TechBlog al nostre lloc web.
Per sol·licitar una anàlisi de desmagnetització per al disseny del vostre imant-incloent la selecció de graus i el càlcul de la línia de càrrega-envieu-nos la geometria del circuit magnètic i la temperatura de funcionament. El nostre equip d'enginyeria proporciona un informe complet de risc de desmagnetització.
Preguntes freqüents
P: Quina diferència hi ha entre Hcb i Hcj?
A: Hcb (coercivitat) és el camp invers necessari per reduir B a zero (a la corba normal). Hcj (coercivitat intrínseca) és el camp invers necessari per reduir J (magnetització) a zero (a la corba intrínseca). Hcj és sempre superior a Hcb. Hcj és el millor indicador de la resistència a la desmagnetització.
P: Com es relacionen la temperatura i la corba de desmagnetització?
R: A mesura que augmenta la temperatura, tant Br com Hcj disminueixen. El genoll es mou més avall en l'eix H-i la corba intrínseca baixa. Per a un funcionament a -alta temperatura, seleccioneu un grau amb suficient Hcj a la temperatura de funcionament. Proporcionem corbes de desmagnetització-corregits per a cada grau.
P: Puc desmagnetitzar un imant operant per sota del genoll només una petita quantitat?
A: Sí. Fins i tot una breu excursió per sota del genoll provoca una pèrdua irreversible. La pèrdua és proporcional a l'àrea per sota del genoll. Per a aplicacions-crítiques de seguretat (aeroespacial, automoció), dissenyem amb un marge del 20% per sobre del genoll en el pitjor-cas de temperatura i càrrega.
