Magnetpooluse paarid: liiga palju on raiskamine, liiga vähe on ebapiisav – kus on süstimisvormitud ferriitketaste valikupiirangud?

Valides Magnetkodeerija kettad on levinud intuitsioon: mida suurem on pooluste paaride arv, seda suurem on eraldusvõime ja parem jõudlus. Anduri tasandil kehtib see otsus üldjoontes. Kuid kui magnetmaterjal on fikseeritud survevaluferriidina, muutub olukord nüansirikkamaks. Survevalu ferriidi magnetilise jõudluse ülemmäär, mitmepooluselise magnetiseerimise protsessi piirid ja kergesti tähelepanuta jäetud tõsiasi, et 'eraldusvõime ≠ täpsus' koos joonistavad valikukõvera, mis ei ole lihtsalt 'mida kõrgem, seda parem'.

Esiteks selgitage eeldust: eraldusvõime ei võrdu täpsusega

TI rakenduskirjandus annab kokkuvõtliku seose: ühe Halli riivi kasutamisel võrdub impulsside arv pöörde kohta magneti pooluste paaride arvuga; kui kasutatakse kvadratuurdekodeerimiseks kahte Halli riivi, on pöörde arv pooluste arv kaks korda suurem. 'Avalduste' vaatenurgast määravad pooluste paarid otseselt väikseima nurgaastme, mida süsteem suudab lahendada.

Kuid avatud lähtekoodiga magnetkodeerija projekti meeldetuletus väärib iga valija tähelepanu: 'Resolution != Accuracy' – te võite saada teoreetilise eraldusvõime 0,017° sammu kohta 2,4 mm pooluste vahega, kuid need sammud ei ole ümbermõõdu ümber ühtlaselt kaardistatud. Teisisõnu,  pooluste paarid määravad 'kui peened on skaalad,' mitte 'kui täpselt jaotused on joonistatud.'  Nurgaviga tuleneb pooluste sammu konsistentsist, magnetiseerimise piiride selgusest, anduri paigaldamise ekstsentrilisusest ja magneti enda materjali ühtlusest. Poolusepaarid ise neid vigu ei kõrvalda; selle asemel võivad nad pooluspaaride arvu suurenedes neid võimendada.

Survevalu ferriidi 'magnetilise jõudluse lagi'.

Injektsioonvormitud ferriidi paigutus on selge: see on survevaluvormitud ferriidipulbrist (tavaliselt strontsiumferriidist), mis on kombineeritud polümeermaatriksiga, nagu nailon PA12/PA6. Selle eelised seisnevad keeruliste kujundite integreeritud vormimises, heas mõõtmetes, korrosioonikindluses ja madalas hinnas, kuid selle magnetiline jõudlus on tavaliselt kasutatavate koodri magnetmaterjalide hulgas madalaim.

Konkreetsete andmete osas on survevaluferriidi jääkinduktsioon Br ligikaudu  1,7–3,0 kGs , sisemine koertsitiivsus Hci on umbes  2,3–4,0 kOe ja maksimaalne energiaprodukt BHmax on umbes  1–2,2 MGOe . Võrdluseks, seotud NdFeB Br on tavaliselt  4,5–7,5 kGs ja BHmax võib ulatuda  5–8 MGOe-ni  või isegi kõrgemale. See tähendab, et sama anduri õhupilu ja tuvastusläve korral on survevalu ferriidist saadav magnetvälja 'signaali tugevus' selgelt nõrgem kui NdFeB-süsteemidel.

Pinna magnetvälja andmed pärast mitmepooluselist magnetiseerimist illustreerivad piirangut veelgi: õhukese seinaga siseläbimõõduga orienteeritud survevaluvormitud ferriidist mitmepooluseliste magnetrõngaste pinna magnetväli on umbes  600–1100 Gs , samas kui anisotroopne paagutatud ferriit võib saavutada kõrgemaid väärtusi. Kuna pooluste paaride arv suureneb ja iga üksiku pooluse kaare laius kitseneb, väheneb magnetvälja loomiseks kasutatav 'pindala', servaefektid ja poolustevaheline magnetvälja superpositsioon muutuvad olulisemaks ning signaali-müra suhe halveneb veelgi.  See ei ole probleem, mida saab lahendada magnetisaatori voolu reguleerimisega; pigem on see pehme ülempiir, mille materjali energiatoode pooluspaaride arvule kehtestab.

Pooluse sammu, paksuse ja pooluste paaride geomeetrilised piirangud

Euroopa patendis toodud empiiriline seos on üsna õpetlik: magnetiseeritava elemendi paksus peaks olema umbes  1,25-kordne pooluse samm  (±25%), mis vastab paksusevahemikule umbes 0,3–1,5 mm; pooluse samm ise on suurusjärgus  0,25–1,25 mm . See geomeetriline piirang seob pooluste paaride arvu ketta läbimõõduga: antud läbimõõdu puhul on pooluste paaride arv väiksem, pooluste samm ja magneti nõutav paksus väiksem.

Survevalu ferriidi puhul surub seina õhendamine efektiivset magnetvoogu veelgi kokku. Samal ajal, kui pooluse samm kahaneb allamillimeetri tasemele, kitseneb kiiresti magnetiseerimisseadme poolusepea täpsuse ja magnetahela konstruktsiooni tolerantsi aken. Tööstusmaterjalid juhivad selgelt tähelepanu sellele, et mida suurem on pooluste arv, seda väiksem on ühepooluselise kaare laius ning seda kõrgemad on nõuded magnetiseerimisseadme poolusepea täpsusele ja magnetahela konstruktsioonile. sellised probleemid nagu  pooluste otste alaküllastus, magnetvälja moonutused ja poolustevaheline nullasendi nihe . Seejärel ilmnevad

See selgitab, miks turul olevad survevaluvormitud ferriidkodeerija magnetrõngaste tavalised spetsifikatsioonid on koondunud sellistesse positsioonidesse nagu  62/64 poolused ja 126/128 poolused , selle asemel, et neid piiramatult ülespoole virnastada. Need positsioonid on tasakaalupunktid, mis on juba läbinud materjali jõudluse, magnetiseerimisprotsessi ja kulude tehnilise lähenemise.

Valikuloogika: töötage tagasi 'kui peenelt on vaja' kuni 'kui kõrgele saab'

Praktiline valikutee tuleks ümber pöörata:  kõigepealt määrake eraldusvõime, mida süsteem tegelikult vajab, seejärel hinnake, kas survevalu ferriit suudab pakkuda kasutatavat signaali kvaliteeti selle pooluste paaride arvu juures.

Madal pooluste paaride vahemik (4–12 poolust):  ühe pooluse kaare pikkus on suur ja magnetvoog piisav, nii et survevaluferriidi nõrga magnetvälja puudujääk kompenseeritakse geomeetriliste mõõtmetega. See valik sobib stsenaariumide jaoks, mis ei nõua ranget eraldusvõimet, kuid nõuavad madalat hinda ja head järjepidevust, nagu ventilaatorimootorid, nutikad veearvestid ja seadmete BLDC-d. Nendes rakendustes on pooluspaaride roll pigem kommutatsiooni viite andmine kui täpne nurkskaala.

Keskmine pooluste paaride vahemik (16–32 poolust):  see on koodri taseme rakendustesse sisenemise lävi. Sissepritsevormitud ferriit suudab siiski säilitada kasutatava signaali-müra suhte selles vahemikus, muutes selle sobivaks keskmise eraldusvõimega nurgatagasiside jaoks, nagu humanoidrobotite ühenduskoodrid ja mõned servo-abitagasiside. Valiku ajal on peamine kontrollimise element  pooluste sammu järjepidevus  , mitte lihtsalt kõrgema pooluste paaride arvu taotlemine – 32-pooluseline magnetrõngas ühtlase pooluste sammu jaotusega võib saavutada parema nurga täpsuse kui 64-pooluseline magnetrõngas, millel on hägused magnetiseerimispiirid.

Kõrgem pooluste paaride vahemik (48–64 poolust ja rohkem):  survevalu ferriit hakkab lähenema protsessi ja materjali ülemisele piirile. See vahemik sobib paremini  kahe rajaga konstruktsioonile : põhirada vastutab kõrge eraldusvõimega inkrementaalse või absoluutse asendi eest, samas kui sekundaarne rada pakub pöörete arvu või jämedat positsiooni viitenumbrit koos esmaste pooluste paaride loendamisega. Turul juba saadaval olevad 62/64-pooluselised ja 126/128-pooluselised kaherajalised magnetrõngad on selle lähenemisviisi tooted. Siiski tuleb märkida, et kui pooluste paaride arv suureneb veelgi, halvendavad survevalu ferriidi pinnavälja sumbumine ja poolustevahelised häired signaali kvaliteeti. Sel hetkel  on ühendatud NdFeB tavaliselt mõistlikum valik , hoolimata selle kõrgematest kuludest.

Kaks peamist meeldetuletust tehnilise rakendamise kohta

Esiteks lisage valikuülevaatesse magnetiseerimisvõimalus.  Magnetrõnga joonisel olev pooluste paaride arv on arvutuslik väärtus. See, kas tegelik magnetpooluste jaotus on ühtlane ja kas poolustevahelised nullpositsioonid on selged, sõltub magnetiseerimisseadmest ja protsessist. Enne pooluste paaride arvu määramist tuleks magneti tarnijal paluda esitada  mõõdetud pinnavälja jaotuse kõver  ja  pooluste sammu konsistentsi andmed  selle pooluste paaride arvu kohta, mitte ainult magnetpooluste paigutuse skeemi.

Teiseks ei ole kaherajaline otsetee 'pooluste arvu virnastamise' jaoks.  Kahe raja väärtus seisneb pooluste paaride algarvude kombinatsiooni kasutamises, et saada samaaegselt kõrge eraldusvõime ja absoluutse asukoha referents. See seab aga kõrgemad nõudmised kahe magnetraja vahelisele faaside joondamisele ja magnetiseerimise ülekõla juhtimisele. Kui põhi- ja sekundaarradade pooluste paaride arv on valesti valitud (näiteks liiga lähedal), kompenseeritakse koprimaalsusest tulenev positsioonilahenduse eelis signaali läbirääkimisega. Kahe raja pooluspaari kombinatsioon tuleb kavandada koos dekodeerimisalgoritmiga, mitte magneti tootja ühepoolselt otsustada.

Valiku põhiolemus on leida ristumiskoht  eraldusvõime nõuete, materjalivõime, protsessiakna ja kulude . Injektsioonvormitud ferriit ei ole 'universaalne magnetrõnga materjal'. See pakub väga kulutõhusat lahendust madala kuni keskmise pooluste paaride vahemikus; aga kui pooluste paaride arv ületab 64, peavad valijad ausalt silmitsi seisma selle magnetilise jõudluse ülemmääraga – kas leppima signaali kvaliteedi langusega või pöörduma suurema energiatarbega materjalisüsteemi poole.  Pooluste paarid on joonlaud, kuid see, kas joonlaual olevad märgid on täpselt joonistatud, sõltub sellest, kas materjal ja protsess suudavad neid toetada.