Magnetiese poolpare: te veel is verkwistend, te min is onvoldoende—waar is die seleksiegrense van spuitgegote ferrietskywe?

Wanneer jy kies magnetiese enkodeerderskywe , 'n algemene intuïsie is: hoe hoër die aantal poolpare, hoe hoër die resolusie en hoe beter die werkverrigting. Op sensorvlak is hierdie oordeel breedweg geldig. Maar sodra die magneetmateriaal as spuitgevormde ferriet vasgemaak is, word die situasie meer genuanseerd. Die magnetiese werkverrigtingplafon van spuitgegote ferriet, die proseslimiete van multipoolmagnetisering, en die maklik oorgesiene feit dat 'resolusie ≠ akkuraatheid' saam 'n seleksiekurwe teken wat nie bloot 'hoe hoër, hoe beter' is nie.

Maak eers 'n uitgangspunt duidelik: resolusie is nie gelyk aan akkuraatheid nie

TI toepassingsliteratuur gee 'n bondige verband: wanneer 'n enkele Hall-grendel gebruik word, is die pulse per omwenteling gelyk aan die aantal poolpare van die magneet; wanneer twee Hall-grendels vir kwadratuur-dekodering gebruik word, is die tellings per omwenteling twee keer die aantal pole. Uit die perspektief van 'graduerings' bepaal poolpare wel die kleinste hoekstap wat die stelsel kan oplos.

Maar 'n herinnering van 'n oopbron magnetiese enkodeerderprojek verdien aandag van elke kieser: 'Resolusie != Akkuraatheid'—jy kan 'n teoretiese resolusie van 0.017°/stap by 'n 2.4 mm-poolsteek verkry, maar hierdie stappe word nie eenvormig rondom die omtrek gekarteer nie. Met ander woorde,  poolpare bepaal 'hoe fyn die graderings is,' nie 'hoe akkuraat die graderings geteken word nie.'  Hoekfout kom van poolsteek-konsekwentheid, magnetiseringsgrenshelderheid, sensorinstallasie-eksentrisiteit en die materiaal-uniformiteit van die magneet self. Paalpare self skakel nie hierdie foute uit nie; in plaas daarvan kan hulle hulle versterk namate die aantal poolpare toeneem.

Die 'magnetiese werkverrigtingplafon' van spuitgevormde ferriet

Die posisionering van spuitgevormde ferriet is duidelik: dit is spuitgevorm uit ferrietpoeier (gewoonlik strontiumferriet) gekombineer met 'n polimeermatriks soos nylon PA12/PA6. Die voordele daarvan lê in geïntegreerde gietwerk van komplekse vorms, goeie dimensionele konsekwentheid, korrosiebestandheid en lae koste, maar sy magnetiese werkverrigting is aan die lae kant onder algemeen gebruikte enkodeerdermagneetmateriale.

In terme van spesifieke data is die oorblywende induksie Br van spuitgevormde ferriet rofweg  1.7–3.0 kGs , die intrinsieke koërsiwiteit Hci is ongeveer  2.3–4.0 kOe , en die maksimum energieproduk BHmax is ongeveer  1–2.2 MGOe . Ter verwysing, die Br van gebonde NdFeB is tipies  4.5–7.5 kGs , en BHmax kan bereik  5–8 MGOe of selfs hoër  . Dit beteken dat, onder dieselfde sensor-luggaping en opsporingsdrempel, die magnetiese veld 'seinsterkte' wat spuitgegote ferriet kan verskaf, duidelik swakker is as dié van NdFeB-stelsels.

Oppervlakmagneetvelddata na multipoolmagnetisering illustreer die beperking verder: die oppervlakmagnetiese veld van dunwandige binnedeursnee-georiënteerde spuitgevormde ferriet multipool magnetiese ringe is ongeveer  600–1100 Gs , terwyl anisotropiese gesinterde ferriet hoër waardes kan bereik. Soos die aantal poolpare toeneem en die boogwydte van elke individuele pool vernou, krimp die 'area' wat beskikbaar is vir die vestiging van die magnetiese veld, randeffekte en interpool magnetiese veld superposisie meer betekenisvol, en die sein-tot-geraas verhouding versleg verder.  Dit is nie 'n probleem wat opgelos kan word deur die stroom van die magnetiseerder aan te pas nie; dit is eerder 'n sagte boonste limiet wat deur die materiaal se energieproduk op die aantal poolpare opgelê word.

Geometriese beperkings tussen paalsteek, dikte en paalpare

'n Empiriese verwantskap wat in 'n Europese patent gegee word, is nogal insiggewend: die dikte van die magnetiseerbare element moet ongeveer  1,25 keer die poolsteek  (±25%) wees, wat ooreenstem met 'n diktereeks van ongeveer 0,3–1,5 mm; die paalsteek self is in die orde van  0,25–1,25 mm . Hierdie geometriese beperking bind die aantal poolpare aan die skyfdeursnee: vir 'n gegewe deursnee, hoe hoër die aantal poolpare, hoe kleiner is die poolsteek, en hoe dunner die vereiste magneetdikte.

Vir spuitgevormde ferriet, dunner die muur die effektiewe magnetiese vloed verder saamgepers. Terselfdertyd, sodra die paalsteek krimp tot die sub-millimetervlak, vernou die toleransievenster vir magnetisering van armatuurpaalkop-presisie en magnetiese stroombaanontwerp vinnig. Industriële materiaal wys duidelik daarop dat hoe hoër die pooltelling is, hoe kleiner is die enkelpoolboogwydte, en hoe hoër is die vereistes vir magnetisering van die paalkop-presisie en magnetiese stroombaanontwerp. Probleme soos  onderversadiging by poolpunte, magnetiese veldvervorming en interpool-nulposisieverskuiwing  sal dan verskyn.

Dit verklaar waarom algemene spesifikasies van spuitgegote ferriet-enkodeerder magnetiese ringe op die mark gekonsentreer is op posisies soos  62/64 pole en 126/128 pole , eerder as om onbepaald opwaarts gestapel te word. Hierdie posisies is balanspunte wat reeds ingenieurskonvergensie ondergaan het tussen materiaalprestasie, magnetiseringsproses en koste.

Keurlogika: werk terug van 'hoe fyn is nodig' tot 'hoe hoog gemaak kan word'

'n Praktiese seleksiepad moet omgekeer word:  bepaal eers die resolusie wat die stelsel werklik benodig, en evalueer dan of spuitgegote ferriet bruikbare seinkwaliteit by daardie poolpaartelling kan verskaf.

Lae poolpaarreeks (4–12 pole):  Die booglengte van 'n enkele pool is groot, en die magnetiese vloed is voldoende, dus word die swak magnetiese veldtekortkoming van spuitgevormde ferriet vergoed deur geometriese afmetings. Hierdie reeks is geskik vir scenario's wat nie streng resolusie vereis nie, maar lae koste en goeie konsekwentheid vereis, soos waaiermotors, slim watermeters en toestel-BLDC's. In hierdie toepassings is die rol van poolpare meer om 'n kommutasieverwysing te verskaf as 'n presiese hoekskaal.

Medium pool-paar reeks (16–32 pole):  Dit is die drempel vir die invoer van enkodeerdervlaktoepassings. Spuitgegote ferriet kan steeds 'n bruikbare sein-tot-geraas-verhouding in hierdie reeks handhaaf, wat dit geskik maak vir medium-resolusie-hoekterugvoer, soos humanoïde robotgewrig-enkodeerders en sommige servo-hulpterugvoer. Tydens seleksie is die sleutelverifikasie-item  poolsteek-konsekwentheid  eerder as om bloot 'n hoër pool-paartelling na te streef - 'n 32-pool magnetiese ring met eenvormige poolsteekverspreiding kan beter hoekakkuraatheid bereik as 'n 64-pool magnetiese ring met vaag magnetiseringsgrense.

Hoër pool-paar-reeks (48–64 pole en hoër):  Spuitgevormde ferriet begin die boonste grense van proses en materiaal nader. Hierdie reeks is beter geskik vir  dubbelspoor-ontwerp : die hoofbaan is verantwoordelik vir hoë-resolusie inkrementele of absolute posisie, terwyl die sekondêre baan omwentelingtelling of growwe posisieverwysing met coprime poolpaartellings verskaf. Die 62/64-pool en 126/128-pool dubbelspoor magnetiese ringe wat reeds op die mark beskikbaar is, is produkte van hierdie benadering. Daar moet egter op gelet word dat wanneer die aantal poolpare verder toeneem, oppervlakveldverswakking en interpoolinterferensie van spuitgegote ferriet seinkwaliteit sal verswak. Op hierdie stadium  is gebonde NdFeB gewoonlik die meer redelike keuse , ten spyte van die hoër koste daarvan.

Twee sleutelaanmanings vir ingenieursimplementering

Sluit eerstens magnetiseringsvermoë in die seleksie-oorsig in.  Die poolpaartelling op 'n magnetiese ringtekening is 'n ontwerpwaarde. Of die werklike magnetiese poolverspreiding eenvormig is en of die interpool-nulposisies duidelik is, hang af van die magnetiserende bevestiging en proses. Voordat die aantal poolpare bepaal word, moet die magneetverskaffer gevra word om die  gemete oppervlakveldverspreidingskromme  en  poolsteek-konsekwentheidsdata  by daardie poolpaartelling te verskaf, nie bloot 'n skematiese van die magnetiese poolrangskikking nie.

Tweedens, dubbelspoor is nie 'n kortpad vir 'stapelpaaltellings nie.'  Die waarde van dubbelspoor lê in die gebruik van 'n kombinasie van coprime poolpaartellings om gelyktydig hoë resolusie en 'n absolute posisieverwysing te verkry. Dit stel egter hoër eise aan fasebelyning tussen die twee magnetiese spore en aan magnetisasie-oorspraakbeheer. As die poolpaartellings van die hoof- en sekondêre spore onbehoorlik geselekteer word (byvoorbeeld te naby aan mekaar), sal die posisie-oplossende voordeel wat deur koprimaliteit gebring word, verreken word deur seinoorspraak. Die pool-paar-kombinasie van die dubbele spore moet saam met die dekoderingsalgoritme ontwerp word, eerder as om eensydig deur die magneetvervaardiger besluit te word.

Die essensie van seleksie is om die kruising tussen  resolusievereistes, materiaalvermoë, prosesvenster en koste te vind . Spuitgegote ferriet is nie 'n 'universele magnetiese ringmateriaal nie.' Dit bied 'n hoogs koste-effektiewe oplossing in die lae-tot-medium poolpaar-reeks; maar wanneer die pool-paar-telling verder as 64 vorder, moet keurders eerlik sy magnetiese werkverrigting-plafon in die oë kyk - óf 'n verlies in seinkwaliteit aanvaar óf na 'n materiaalstelsel met 'n hoër energieproduk wend.  Paalpare is 'n liniaal, maar of die grade op die liniaal akkuraat geteken is, hang daarvan af of die materiaal en proses dit kan ondersteun.