Cum să citiți o curbă de demagnetizare B-H pentru magneți permanenți

Bucla de histerezis urmărește starea magnetică a unui material pe măsură ce câmpul magnetic extern este crescut, micșorat și inversat:

Primul cadran (magnetizare inițială): B crește rapid de la zero pe măsură ce câmpul de magnetizare (H) crește. La saturație, B ajunge la Br (remanența).

Al doilea cadran (curba de demagnetizare): H este redus la zero (B scade la Br), apoi inversat (H negativ). Calea în acest cadran este curba de demagnetizare-aceasta este locul în care magnetul funcționează atunci când este plasat într-un circuit.

Al treilea cadran: H continuă negativ până când B ajunge la zero (Hcb, coercivitate), apoi continuă până la saturație negativă.

Al patrulea cadran: H trece înapoi la pozitiv, completând bucla.

Pentru proiectarea cu magnet permanent, ne concentrăm exclusiv pe al doilea cadran (curba de demagnetizare). Curba arată B vs. -H (câmp demagnetizant).

Există două curbe pe graficul de demagnetizare:

curba normala (B-curba H): B (densitatea fluxului total) față de H. Aceasta este curba pe care o utilizați pentru a calcula fluxul de aer și densitatea fluxului în circuitul magnetic. Include contribuția câmpului propriu al magnetului. Curba normală este utilizată pentru a găsi punctul de operare (Bop și Hop) cu linia de sarcină.

Curba intrinsecă (curba J-H sau M-H): J (magnetizare sau B - μ0H) față de H. Această curbă reprezintă momentul magnetic real al materialului, excluzând câmpul de demagnetizare. Curba intrinsecă determină rezistența la demagnetizare: punctul genunchiului se află pe curba intrinsecă.

De ce contează ambele: un magnet care are un Br ridicat și o curbă normală ridicată poate fi încă predispus la demagnetizare dacă curba intrinsecă are un genunchi timpuriu. Pentru magneții de motor (care experimentează câmpuri inverse), curba intrinsecă este mai importantă decât curba normală.

Punctul genunchiului este locul în care curba de demagnetizare începe să „cadă” brusc. Sub genunchi, fluxul magnetului scade rapid cu o mică creștere a câmpului de demagnetizare, iar demagnetizarea este ireversibilă-chiar dacă câmpul invers este îndepărtat, magnetul nu își revine complet.

Pe curba intrinsecă, genunchiul este locul în care curba începe să scadă abrupt. Valoarea H la genunchi este adesea numită „coercivitate intrinsecă” (Hcj) în termeni practici (deși Hcj este câmpul la care J=0, nu genunchiul însuși). Pentru un magnet-de înaltă calitate, genunchiul este aproape de Hcj. Pentru magneții de grad inferior-, genunchiul apare cu mult înainte de Hcj.

Pentru o funcționare sigură, punctul de funcționare al magnetului trebuie să rămână întotdeauna deasupra genunchiului curbei intrinseci. Dacă câmpul demagnetizant împinge magnetul sub genunchi, pot apărea pierderi ireversibile de 10-50%.

Valori tipice pentru genunchi:

N35: genunchi la H ≈ 10 kOe (curbă intrinsecă); curba normală rămâne liniară.

N52: genunchi la H ≈ 6-7 kOe (curba intrinseca) - risc mai mare de demagnetizare.

SmCo 2:17: curba intrinsecă nu are genunchi până la H=0 - complet liniară, în siguranță în orice câmp invers.

Coeficientul de permeanță (numit și panta liniei de sarcină) descrie modul în care circuitul magnetic al unui magnet (inclusiv golurile de aer, fierul din spate și materialele din jur) afectează punctul de operare. Este definit ca:

Coeficient de permeanță, Pc=B / H (în al doilea cadran, cu unitățile de densitate de flux împărțite la intensitatea câmpului).

Pc ridicat (linie de sarcină abruptă, de exemplu, Pc > 10): magnetul funcționează la o densitate mare de flux (lângă Br) și un câmp de demagnetizare scăzut. Acest lucru se întâmplă în circuite închise cu fier din spate bun și goluri mici de aer. Sigur, dar folosește întregul potențial al magnetului.

Pc scăzut (linie de încărcare plată, de exemplu, Pc < 1): magnetul operează la o densitate de flux mai mică și un câmp de demagnetizare mai mare. Acest lucru se întâmplă cu goluri mari de aer sau fără fier din spate. Risc de demagnetizare.

Pentru a utiliza linia de încărcare:

Calculați coeficientul de permeanță din geometria circuitului magnetic (folosind FEA sau formule analitice).

Desenați o dreaptă de la origine pe graficul B-H cu panta Pc.

Intersecția liniei de sarcină cu curba de demagnetizare este punctul de funcționare (Bop, Hop).

Verificați dacă acest punct este deasupra genunchiului pe curba intrinsecă. Dacă nu, magnetul se va demagnetiza. Măriți grosimea magnetului, reduceți spațiul de aer sau alegeți un grad-Hcj mai mare.

Exemplu: Un magnet de motor N42SH (Hcj=20 kOe) cu o linie de sarcină Pc=2. Punctul de funcționare este la H≈7 kOe, B≈14 kGs. Genunchiul este la H≈10 kOe. Punctul de operare este deasupra genunchiului-sigur. Dacă Pc scade la 1 (defer mare), punctul de operare se deplasează la H≈12 kOe-sub genunchi-nesigur. Folosiți în schimb N42UH (Hcj=25 kOe).

Pentru producătorii de motoare și senzori, oferim simulare FEA și analiza liniei de sarcină. Recomandăm gradul și geometria optime pentru a ne asigura că punctul de operare rămâne deasupra genunchiului la toate temperaturile de funcționare (inclusiv câmpurile inverse-defavorabile).

Pentru mai multe despre curbele de demagnetizare și analiza liniei de sarcină, vă rugăm să vizitați pagina noastră de pornire Analiza elementelor finite și TechBlog de pe site-ul nostru.

Pentru a solicita o analiză de demagnetizare pentru proiectarea magnetului dvs.-inclusiv selectarea gradului și calculul liniei de sarcină-trimiteți-ne geometria circuitului magnetic și temperatura de funcționare. Echipa noastră de ingineri oferă un raport complet de risc de demagnetizare.

Î: Care este diferența dintre Hcb și Hcj?
A: Hcb (coercivitate) este câmpul invers necesar pentru a reduce B la zero (pe curba normală). Hcj (coercivitate intrinsecă) este câmpul invers necesar pentru a reduce J (magnetizarea) la zero (pe curba intrinsecă). Hcj este întotdeauna mai mare decât Hcb. Hcj este cel mai bun indicator al rezistenței la demagnetizare.

Î: Cum se leagă temperatura și curba de demagnetizare?
R: Pe măsură ce temperatura crește, atât Br cât și Hcj scad. Genunchiul se mișcă mai jos pe axa H-și curba intrinsecă scade. Pentru operarea la temperatură înaltă-, selectați un grad cu suficient Hcj la temperatura de funcționare. Oferim curbe de demagnetizare-corectate de temperatură pentru fiecare grad.

Î: Pot demagnetiza un magnet operand sub genunchi doar cu o cantitate mică?
A: Da. Chiar și o scurtă excursie sub genunchi cauzează pierderi ireversibile. Pierderea este proporțională cu zona de sub genunchi. Pentru aplicații-critice de siguranță (aerospațială, auto), proiectăm cu o marjă de 20% deasupra genunchiului, în cel mai rău caz-temperatura și sarcina.