Come leggere una curva di smagnetizzazione B-H per i magneti permanenti

Il ciclo di isteresi traccia lo stato magnetico di un materiale man mano che il campo magnetico esterno aumenta, diminuisce e inverte:

Primo quadrante (magnetizzazione iniziale): B aumenta rapidamente da zero all'aumentare del campo magnetizzante (H). Alla saturazione, B raggiunge Br (la rimanenza).

Secondo quadrante (curva di smagnetizzazione): H viene ridotto a zero (B scende a Br), quindi invertito (H negativo). Il percorso in questo quadrante è la curva di smagnetizzazione-qui è dove opera il magnete quando inserito in un circuito.

Terzo quadrante: H continua negativo finché B raggiunge lo zero (Hcb, la coercività), quindi continua fino alla saturazione negativa.

Quarto quadrante: H torna al positivo, completando il ciclo.

Per la progettazione dei magneti permanenti, ci concentriamo esclusivamente sul secondo quadrante (la curva di smagnetizzazione). La curva mostra B vs. -H (campo smagnetizzante).

Ci sono due curve sul grafico di smagnetizzazione:

Curva normale (B-curva H): B (densità di flusso totale) rispetto a H. Questa è la curva utilizzata per calcolare il flusso del traferro e la densità di flusso nel circuito magnetico. Include il contributo del campo proprio del magnete. La curva normale viene utilizzata per trovare il punto operativo (Bop e Hop) con la linea di carico.

Curva intrinseca (curva J-H o M-H): J (magnetizzazione o B - μ0H) rispetto a H. Questa curva rappresenta il momento magnetico effettivo del materiale, escluso il campo di smagnetizzazione. La curva intrinseca determina la resistenza alla smagnetizzazione: il punto di ginocchio è sulla curva intrinseca.

Perché entrambi sono importanti: un magnete che ha un Br elevato e una curva normale elevata può ancora essere soggetto a smagnetizzazione se la curva intrinseca presenta un ginocchio precoce. Per i magneti dei motori (che subiscono campi inversi), la curva intrinseca è più importante della curva normale.

Il punto di ginocchio è dove la curva di smagnetizzazione inizia a "cadere" bruscamente. Sotto il ginocchio, il flusso del magnete diminuisce rapidamente con un piccolo aumento del campo di smagnetizzazione e la smagnetizzazione è irreversibile-anche se il campo inverso viene rimosso, il magnete non si riprende completamente.

Nella curva intrinseca, il ginocchio è il punto in cui la curva inizia a scendere ripidamente. Il valore H al ginocchio è spesso chiamato "coercività intrinseca" (Hcj) in termini pratici (sebbene Hcj sia il campo in cui J=0, non il ginocchio stesso). Per un magnete di alta-qualità, il ginocchio è vicino a Hcj. Per i magneti di grado-inferiore, il ginocchio si verifica ben prima di Hcj.

Per un funzionamento sicuro, il punto operativo del magnete deve sempre trovarsi al di sopra del ginocchio della curva intrinseca. Se il campo smagnetizzante spinge il magnete sotto il ginocchio, possono verificarsi perdite irreversibili del 10-50%.

Valori tipici del ginocchio:

N35: ginocchio ad H ≈ 10 kOe (curva intrinseca); la curva normale rimane lineare.

N52: ginocchio a H ≈ 6-7 kOe (curva intrinseca) - rischio maggiore di smagnetizzazione.

SmCo 2:17: la curva intrinseca non ha ginocchio fino a H=0 - completamente lineare, sicura in qualsiasi campo inverso.

Il coefficiente di permeanza (chiamato anche pendenza della linea di carico) descrive il modo in cui il circuito magnetico di un magnete (compresi traferri, ferro posteriore e materiali circostanti) influisce sul punto operativo. È definito come:

Coefficiente di permeanza, Pc=B / H (nel secondo quadrante, con unità di densità di flusso divise per l'intensità del campo).

Pc elevato (linea di carico ripida, ad esempio Pc > 10): il magnete funziona con un'elevata densità di flusso (vicino a Br) e un basso campo di smagnetizzazione. Ciò si verifica in circuiti chiusi con buon ferro posteriore e piccoli traferri. Sicuro, ma sfrutta tutto il potenziale del magnete.

Basso Pc (linea di carico piatta, ad esempio Pc < 1): il magnete funziona con una densità di flusso inferiore e un campo di smagnetizzazione più elevato. Ciò si verifica con ampi traferri o senza ferro posteriore. Rischio di smagnetizzazione.

Per utilizzare la linea di carico:

Calcola il coefficiente di permeanza dalla geometria del tuo circuito magnetico (utilizzando FEA o formule analitiche).

Disegna una linea dall'origine sul grafico B-H con pendenza Pc.

L'intersezione della linea di carico con la curva di smagnetizzazione è il punto operativo (Bop, Hop).

Verificare che questo punto sia sopra il ginocchio sulla curva intrinseca. In caso contrario, il magnete si smagnetizza. Aumenta lo spessore del magnete, riduci il traferro o scegli un grado-Hcj superiore.

Esempio: un magnete del motore N42SH (Hcj=20 kOe) con una linea di carico Pc=2. Il punto di funzionamento è a H≈7 kOe, B≈14 kGs. Il ginocchio è a H≈10 kOe. Il punto operativo è sopra il ginocchio-al sicuro. Se Pc scende a 1 (grande traferro), il punto di funzionamento si sposta a H≈12 kOe-sotto il ginocchio-non sicuro. Utilizza invece N42UH (Hcj=25 kOe).

Per i produttori di motori e sensori, forniamo simulazioni FEA e analisi della linea di carico. Consigliamo la pendenza e la geometria ottimali per garantire che il punto operativo rimanga sopra il ginocchio a tutte le temperature operative (compresi i campi inversi-nel peggiore dei casi).

Per ulteriori informazioni sulle curve di smagnetizzazione e sull'analisi della linea di carico, visitare la nostra home page Analisi degli elementi finiti e TechBlog sul nostro sito Web.

Per richiedere un'analisi di smagnetizzazione per il progetto del tuo magnete-inclusa la selezione della qualità e il calcolo della linea di carico-inviaci la geometria del tuo circuito magnetico e la temperatura operativa. Il nostro team di ingegneri fornisce un rapporto completo sul rischio di smagnetizzazione.

D: Qual è la differenza tra Hcb e Hcj?
R: Hcb (coercività) è il campo inverso richiesto per ridurre B a zero (sulla curva normale). Hcj (coercività intrinseca) è il campo inverso necessario per ridurre J (magnetizzazione) a zero (sulla curva intrinseca). Hcj è sempre maggiore di Hcb. Hcj è l'indicatore migliore della resistenza alla smagnetizzazione.

D: Come sono correlate la temperatura e la curva di smagnetizzazione?
R: All’aumentare della temperatura, diminuiscono sia il Br che l’Hcj. Il ginocchio si sposta più in basso sull'asse H- e la curva intrinseca scende. Per il funzionamento ad alta-temperatura, seleziona un grado con Hcj sufficiente alla temperatura di esercizio. Forniamo curve di smagnetizzazione-corrette in base alla temperatura per ciascun grado.

D: Posso smagnetizzare un magnete operando sotto il ginocchio solo di una piccola quantità?
R: Sì. Anche una breve escursione sotto il ginocchio provoca una perdita irreversibile. La perdita è proporzionale all'area sotto il ginocchio. Per le applicazioni-critiche per la sicurezza (aerospaziali, automobilistiche), progettiamo con un margine del 20% sopra il ginocchio nel caso-di temperatura e carico peggiori.