Jak číst B-H demagnetizační křivku pro permanentní magnety

Hysterezní smyčka sleduje magnetický stav materiálu, když se vnější magnetické pole zvyšuje, snižuje a obrací:

První kvadrant (počáteční magnetizace): B se od nuly rychle zvyšuje s rostoucím magnetizačním polem (H). Při nasycení dosáhne B Br (remanence).

Druhý kvadrant (demagnetizační křivka): H se sníží na nulu (B klesne na Br), poté se obrátí (negativní H). Dráha v tomto kvadrantu je demagnetizační křivka-to je místo, kde magnet působí, když je umístěn v obvodu.

Třetí kvadrant: H pokračuje záporně, dokud B nedosáhne nuly (Hcb, koercivita), pak pokračuje do záporné saturace.

Čtvrtý kvadrant: H přejde zpět do kladné polohy a dokončí smyčku.

Pro konstrukci permanentních magnetů se zaměřujeme výhradně na druhý kvadrant (demagnetizační křivku). Křivka ukazuje B vs. -H (demagnetizační pole).

Na grafu demagnetizace jsou dvě křivky:

Normální křivka (B-křivka H): B (celková hustota toku) vs. H. Toto je křivka, kterou používáte k výpočtu toku vzduchové mezery a hustoty toku v magnetickém obvodu. Zahrnuje příspěvek vlastního pole magnetu. Normální křivka se používá k nalezení pracovního bodu (Bop a Hop) se zatěžovací čarou.

Vlastní křivka (křivka J-H nebo M-H): J (magnetizace nebo B - μ0H) vs. H. Tato křivka představuje skutečný magnetický moment materiálu s vyloučením demagnetizačního pole. Vlastní křivka určuje odolnost proti demagnetizaci: kolenní bod je na vnitřní křivce.

Proč záleží na obojím: Magnet, který má vysoké Br ​​a vysokou normální křivku, může být stále náchylný k demagnetizaci, pokud má vnitřní křivka rané koleno. Pro motorové magnety (které mají reverzní pole) je vlastní křivka důležitější než normální křivka.

Kolenní bod je místo, kde demagnetizační křivka začíná prudce „klesat“. Pod kolenem tok magnetu rychle klesá s malým nárůstem demagnetizačního pole a demagnetizace je nevratná-i když je zpětné pole odstraněno, magnet se plně neobnoví.

Na vnitřní křivce je koleno místo, kde křivka začíná strmě klesat. Hodnota H v koleni se v praxi často nazývá „vnitřní koercivita“ (Hcj) (ačkoli Hcj je pole, ve kterém J=0, nikoli koleno samotné). U vysoce-kvalitního magnetu je koleno blízko Hcj. U magnetů nižší{5}}třídy se koleno vyskytuje mnohem dříve než Hcj.

Pro bezpečný provoz musí být pracovní bod magnetu vždy nad kolenem vlastní křivky. Pokud demagnetizační pole zatlačí magnet pod koleno, může dojít k nevratným ztrátám 10-50%.

Typické hodnoty kolena:

N35: koleno při H ≈ 10 kOe (vlastní křivka); normální křivka zůstává lineární.

N52: koleno při H ≈ 6-7 kOe (vnitřní křivka) – vyšší riziko demagnetizace.

SmCo 2:17: vnitřní křivka nemá koleno až do H=0 - zcela lineární, bezpečné v jakémkoli reverzním poli.

Koeficient permeance (nazývaný také sklon čáry zatížení) popisuje, jak magnetický obvod magnetu (včetně vzduchových mezer, zadního železa a okolních materiálů) ovlivňuje pracovní bod. Je definována jako:

Koeficient propustnosti, Pc=B / H (ve druhém kvadrantu s jednotkami hustoty toku dělenými intenzitou pole).

High Pc (strmá čára zatížení, např. Pc > 10): Magnet pracuje při vysoké hustotě toku (blízko Br) a nízkém demagnetizačním poli. K tomu dochází v uzavřených okruzích s dobrým zadním železem a malými vzduchovými mezerami. Bezpečné, ale využívá plný potenciál magnetu.

Low Pc (plochá zátěžová linie, např. Pc < 1): Magnet pracuje s nižší hustotou toku a vyšším demagnetizačním polem. K tomu dochází při velkých vzduchových mezerách nebo bez zadního železa. Nebezpečí demagnetizace.

Chcete-li použít čáru zatížení:

Vypočítejte koeficient permeance z geometrie magnetického obvodu (pomocí FEA nebo analytických vzorců).

Nakreslete čáru z počátku na B-H grafu se sklonem Pc.

Průsečík zatěžovací čáry s demagnetizační křivkou je pracovní bod (Bop, Hop).

Zkontrolujte, zda je tento bod nad kolenem na vnitřní křivce. Pokud ne, magnet se demagnetizuje. Zvětšete tloušťku magnetu, zmenšete vzduchovou mezeru nebo zvolte vyšší-třídu Hcj.

Příklad: Magnet motoru N42SH (Hcj=20 kOe) se zátěží Pc=2. Pracovní bod je H≈7 kOe, B≈14 kGs. Koleno je na H≈10 kOe. Operační bod je nad kolenem-bezpečný. Pokud Pc klesne na 1 (velká vzduchová mezera), pracovní bod se přesune na H≈12 kOe-pod kolenem-nebezpečně. Místo toho použijte N42UH (Hcj=25 kOe).

Pro výrobce motorů a snímačů poskytujeme FEA simulaci a analýzu zátěžové linie. Doporučujeme optimální sklon a geometrii, abyste zajistili, že pracovní bod zůstane nad kolenem při všech provozních teplotách (včetně nejhorších-reverzních polí).

Další informace o demagnetizačních křivkách a analýze čáry zatížení naleznete na naší webové stránce Analýzy konečných prvků a TechBlogu.

Chcete-li požádat o analýzu demagnetizace pro váš návrh magnetu-včetně výběru sklonu a výpočtu nosné linie-, zašlete nám geometrii magnetického obvodu a provozní teplotu. Náš technický tým poskytuje úplnou zprávu o riziku demagnetizace.

Otázka: Jaký je rozdíl mezi Hcb a Hcj?
A: Hcb (koercivita) je reverzní pole potřebné ke snížení B na nulu (na normální křivce). Hcj (vnitřní koercivita) je zpětné pole potřebné ke snížení J (magnetizace) na nulu (na vnitřní křivce). Hcj je vždy vyšší než Hcb. Hcj je lepším indikátorem odolnosti proti demagnetizaci.

Otázka: Jak souvisí teplota a křivka demagnetizace?
A: Se zvyšující se teplotou klesá Br i Hcj. Koleno se pohybuje níže na ose H- a vnitřní křivka klesá. Pro provoz při vysokých-teplotách vyberte stupeň s dostatečným Hcj při provozní teplotě. Pro každý stupeň poskytujeme teplotně-korigované demagnetizační křivky.

Otázka: Mohu demagnetizovat magnet působením pod kolenem jen malým množstvím?
A: Ano. I krátká exkurze pod koleno způsobí nevratnou ztrátu. Ztráta je úměrná oblasti pod kolenem. Pro bezpečnost-kritické aplikace (letectví, automobilový průmysl) navrhujeme s 20% rezervou nad kolenem při nejhorší-případě teploty a zatížení.