Radiaalselt magnetiseeritud vs. Aksiaalselt magnetiseeritud magnetrõngad: mis vahe on?

Paljudes mootorites, andurites ja magnetülekandeseadmetes kohtame sageli võtmekomponenti - magnetrõngas  (või magnetrõngas). See võib tunduda lihtsa ringikujulise rõngana, kuid erinevad magnetiseerimissuunad võivad viia täiesti erineva jõudluse ja rakenduse stsenaariumiteni.

Kaks levinumat magnetiseerimismeetodit on  radiaalne magnetiseerimine  ja  aksiaalne magnetiseerimine.

Paljudel inimestel, kes nendega esimest korda kokku puutuvad, on küsimusi: miks eristada sama rõngakuju puhul radiaalset ja aksiaalset? Millised on erinevused? Kuidas te praktikas valite?

1. Esmalt mõistke 'Magnetiseerimise suund'

Magnetrõngas on valmistatud püsimagnetmaterjalidest, nagu paagutatud NdFeB, ühendatud NdFeB, SmCo jne. Materjalil endal ei pruugi olla märkimisväärset magnetilisust; see peab läbima 'magnetiseerimise' protsessi, et joondada oma sisemised magnetdomeenid teatud suunas, avaldades seeläbi stabiilset välist magnetvälja.

'Magnetiseerimissuund' viitab suunale, milles magnetdomeenid on rõnga sees ühtlaselt joondatud.

Rõngakujulise magneti puhul on kaks peamist suunda:

• Mööda raadiust →  radiaalne magnetiseerimine;

•  Piki telge →  aksiaalne magnetiseerimine.

See eristamine tundub lihtne, kuid see määrab otseselt magnetvälja jooned, kuidas väli jaotub ja kus seda kõige paremini rakendada.

2. Radiaalselt magnetiseeritud rõngad

2.1 Mis on radiaalne magnetiseerimine?

Radiaalne magnetiseerimine tähendab, et magnetiseerimise suund on piki rõnga raadiust.

Levinud vormid:

• Välisläbimõõduga pind on N-poolus, sisemine avapind on S-poolus;

• Või vastupidi: välispind S, sisemine auk N.

See tähendab, et magnetvälja jõujooned lähevad peamiselt välispinnalt läbi välisruumi ja naasevad sisemisse auku; või siseavast, läbi võlli/õhupilu, tagasi välispinnale.

2.2 Magnetvälja omadused

Radiaalselt magnetiseeritud rõnga magnetpoolused asuvad silindrilisel sise- ja välispinnal, mitte otspindadel.

Tüüpilised omadused:

• Magnetväli jaotub ümbermõõtu;

• Tekitab tugeva radiaalse magnetvälja sise- ja välisläbimõõdu vahelises õhupilus;

• Sobib sidumiseks silindriliste struktuuridega, nagu võllid, rootorid ja staatorid.

Kui see on ühepooluseline radiaalne magnetiseerimine, on kogu välispind ühe polaarsusega ja sisemine puur vastupidine. Kui tegemist on mitmepooluselise radiaalse magnetiseerimisega, vahelduvad välispinnal mööda ümbermõõtu N- ja S-poolused, mida tavaliselt kasutatakse ülitäpse asukoha tuvastamiseks.

2.3 Peamised rakendused

Radiaalselt magnetiseeritud rõngaid leidub tavaliselt:

• Püsimagnetmootori rootorid või staatorid;

• Magnetühendused;

• Magnetlaagrid;

• Kodeerija magnetrõngad;

• Mõned Halli andurid ja nurgaandurid;

• Magnetsidurid.

Näiteks harjadeta mootorites on rootori magnetrõngas sageli radiaalselt magnetiseeritud, nii et kui staatori mähised on pingestatud, interakteeruvad need radiaalväljaga, tekitades tangentsiaalset jõudu, mis juhib pöörlemist.

2.4 Eelised ja piirangud

Eelised:

• Välja suund sobib hästi pöörleva liikumisega;

• Sobib silindriliste õhuvahedega konstruktsioonidele;

• Mitmepooluseline radiaalne magnetiseerimine võimaldab ülitäpset nurga tuvastamist.

Piirangud:

• Suure jõudlusega radiaalselt orienteeritud paagutatud rõngaid on keerulisem ja kulukam valmistada;

• Nõuab nõudlikke magnetiseerimisseadmeid ja -protsesse;

• Kui kasutatakse isotroopseid materjale, võib magnetiline jõudlus olla madalam kui anisotroopsetel.

3. Aksiaalselt magnetiseeritud rõngad

3.1 Mis on aksiaalne magnetiseerimine?

Aksiaalne magnetiseerimine tähendab, et magnetiseerimise suund on piki rõnga telge.

Tavaliselt:

• Ülemine otspind on N-poolus, alumine ots on S-poolus;

• Või ülemine S, alumine N.

Magnetvälja jooned lähevad peamiselt ühest otspinnast läbi välisruumi ja naasevad teisele otsapinnale.

3.2 Magnetvälja omadused

Teljesuunas magnetiseeritud rõnga magnetpoolused asuvad kahel otspinnal.

Tüüpilised omadused:

• Väli jaotub piki teljesuunalist suunda;

• Tekitab tugeva aksiaalse magnetvälja otspindade lähedal;

• Sobib otspinna tõmbamiseks, tasapinnaliste õhuvahede või aksiaalsete õhuvahedega konstruktsioonide jaoks.

Kui kaks aksiaalselt magnetiseeritud rõngast asetatakse samade poolustega vastamisi, tõrjuvad need; kui vastaspoolused on vastamisi, tõmbavad nad ligi.

3.3 Peamised rakendused

Aksiaalselt magnetiseeritud rõngaid leidub tavaliselt:

• Kõlari magnetahelad;

• Magnetpadrunid ja -kinnitused;

• Aksiaalvoomootorid;

• Halli lüliti päästikumagnetid;

• Magnetilised läheduslülitid;

• Magnetsegajad, magnetpumbad jne.

Näiteks paljud ringikujulised kõlarimagnetid on aksiaalselt magnetiseeritud ringmagnetid; häälepool liigub aksiaalväljas, et ajada diafragma heli tekitamiseks.

3.4 Eelised ja piirangud

Eelised:

• Tootmisprotsess on suhteliselt lihtne, tavaliselt madalamate kuludega;

• Sobib otsapinna tõmbamiseks ja aksiaalsete õhuvahestruktuuride jaoks;

• Pooluse suunda on lihtne tuvastada ja kokku panna.

Piirangud:

• Radiaalvälju nõudvates silindrilistes õhuvahedes on väljakasutus halb;

• Suuremate teljevahede korral laguneb väli kiiresti;

• Mitmepooluseline aksiaalne magnetiseerimine on olemas, kuid see on vähem levinud kui mitmepooluseline radiaalne.

4. Põhilised erinevused radiaalse ja aksiaalse magnetiseerimise vahel

Intuitiivsema võrdluse jaoks on siin kokkuvõtlik tabel:

Lihtsad kaasavõtmised:

• Radiaalne magnetiseerimine on umbes ümbermõõt; aksiaalne magnetiseerimine puudutab otspindasid.

• Kui teie õhupilu on silindriline (nt rootori ja staatori vahel), eelistatakse tavaliselt radiaalset.

• Kui teie õhuvahe on tasapinnaline või otsapinnal põhinev (nt tõmbe-, tõuke-, aksiaalvoo mootor), eelistatakse tavaliselt aksiaalset.

5. Täiendavad tegurid praktilises valikus

Lisaks magnetiseerimissuunale võtke arvesse järgmist:

5.1 Magnetahela disain

Magnetrõngast ei kasutata eraldi; see töötab ikkede, võllide, korpuste, õhuvahedega jne, moodustades tervikliku magnetahela. Magnetiseerimise suund peab vastama üldisele vooluringile; vastasel juhul on põllu kasutamine madal.

Näiteks radiaalselt magnetiseeritud rõngas, mida kasutatakse aksiaalses õhupilus, raiskab suurema osa väljast väljaspool efektiivset tööpiirkonda.

5.2 Tootmisprotsess ja maksumus

Suure jõudlusega radiaalselt orienteeritud paagutatud NdFeB rõngad, eriti mitmepooluselised, on keerulisemad ja kulukamad kui aksiaalselt magnetiseeritud rõngad. Kui hind on tundlik, võib kaaluda ühendatud rõngaid või isotroopseid materjale, saavutades samal ajal vajaliku magnetiseerimissuuna.

5.3 Magnetiseerimismeetod

Radiaalne magnetiseerimine nõuab tavaliselt spetsiaalseid seadmeid, mis suunavad magnetiseeriva välja piki raadiust. Aksiaalne magnetiseerimine on suhteliselt lihtsam ja seda saab teha paljude standardsete magnetisaatoritega.

5.4 Töötemperatuur ja stabiilsus

Erinevatel materjalidel on erinev temperatuuritaluvus (nt NdFeB, SmCo, ferriit). See ei sõltu magnetiseerimise suunast, kuid seda tuleb kogu projektis arvesse võtta.

6. Levinud väärarusaamad

Müüt 1: Radiaalne magnetiseerimine tähendab alati välimist N, sisemist S.
Mitte tingimata. Sõltuvalt vooluringi konstruktsioonist võib see olla välimine N / sisemine S või välimine S / sisemine N. Mitmepooluseline radiaalne magnetiseerimine ei ole üks polaarsus, vaid vaheldub ümbermõõtu.

Müüt 2: Aksiaalselt magnetiseeritud rõngaid ei saa kasutada pöörleva liikumise jaoks.
Nad saavad, kuid aksiaalvoo struktuuride jaoks. Aksiaalvoomootori puhul on rõnga otspind suunatud staatori poole ja õhupilu on aksiaalne – seega on aksiaalne magnetiseerimine õige valik.

Müüt 3: radiaal on alati parem kui aksiaalne.
Absoluutset 'paremat' pole olemas – ainult sobivus eesmärgile. Isegi parim rõngas ei tööta, kui seda kasutatakse vales õhuvahe suunas.

7. Järeldus

Radiaalselt ja aksiaalselt magnetiseeritud rõngaste oluline erinevus seisneb magnetiseerimissuunas, mis toob kaasa erineva väljajaotuse, sobiva õhupilu struktuuri ja tüüpilised rakendused.

Pidage meeles kahte lihtsat reeglit:

• Silindriline õhuvahe → vali radiaalne;

• Otsapinna õhupilu → vali aksiaalne.

Reaalsetes projektides ärge vaadake rõngast eraldi – võtke arvesse magnetahelat, montaažiruumi, protsessi tingimusi ja maksumust tervikuna. Kui mõistate neid kahte magnetiseerimismeetodit, muutuvad paljud valikuprobleemid palju selgemaks.