चुंबकीय ध्रुव जोड़े: बहुत अधिक बेकार है, बहुत कम अपर्याप्त है - इंजेक्शन-मोल्डेड फेराइट डिस्क की चयन सीमाएँ कहाँ हैं?

चयन करते समय चुंबकीय एनकोडर डिस्क में , एक सामान्य अंतर्ज्ञान यह है: ध्रुव जोड़े की संख्या जितनी अधिक होगी, रिज़ॉल्यूशन उतना ही अधिक होगा और प्रदर्शन उतना ही बेहतर होगा। सेंसर स्तर पर, यह निर्णय मोटे तौर पर मान्य है। लेकिन एक बार जब चुंबक सामग्री इंजेक्शन-मोल्डेड फेराइट के रूप में तय हो जाती है, तो स्थिति और अधिक सूक्ष्म हो जाती है। इंजेक्शन-मोल्डेड फेराइट की चुंबकीय प्रदर्शन सीमा, बहु-ध्रुव चुंबकीयकरण की प्रक्रिया सीमाएं, और आसानी से अनदेखा किया जाने वाला तथ्य कि 'रिज़ॉल्यूशन ≠ सटीकता' मिलकर एक चयन वक्र बनाते हैं जो न केवल 'जितना अधिक होगा, उतना बेहतर होगा।'

सबसे पहले, एक आधार स्पष्ट करें: संकल्प सटीकता के बराबर नहीं है

टीआई अनुप्रयोग साहित्य एक संक्षिप्त संबंध देता है: एकल हॉल लैच का उपयोग करते समय, प्रति क्रांति पल्स चुंबक के ध्रुव जोड़े की संख्या के बराबर होती है; चतुर्भुज डिकोडिंग के लिए दो हॉल लैच का उपयोग करते समय, प्रति क्रांति गिनती ध्रुवों की संख्या से दोगुनी होती है। 'स्नातक' के परिप्रेक्ष्य से, ध्रुव जोड़े सीधे सबसे छोटे कोणीय चरण को निर्धारित करते हैं जिसे सिस्टम हल कर सकता है।

लेकिन ओपन-सोर्स मैग्नेटिक एनकोडर प्रोजेक्ट का एक अनुस्मारक हर चयनकर्ता के ध्यान के योग्य है: 'रिज़ॉल्यूशन! = सटीकता' - आप 2.4 मिमी पोल पिच पर 0.017°/स्टेप का सैद्धांतिक रिज़ॉल्यूशन प्राप्त कर सकते हैं, लेकिन ये चरण परिधि के चारों ओर समान रूप से मैप नहीं किए जाते हैं। दूसरे शब्दों में,  ध्रुव जोड़े यह निर्धारित करते हैं कि 'ग्रेजुएशन कितने अच्छे हैं', न कि 'ग्रेजुएशन कितने सटीक रूप से खींचे गए हैं।  ' ध्रुव जोड़े स्वयं इन त्रुटियों को समाप्त नहीं करते हैं; इसके बजाय, ध्रुव जोड़े की संख्या बढ़ने पर वे उन्हें बढ़ा सकते हैं।

इंजेक्शन-मोल्डेड फेराइट की 'चुंबकीय प्रदर्शन सीमा'।

इंजेक्शन-मोल्डेड फेराइट की स्थिति स्पष्ट है: इसे फेराइट पाउडर (आमतौर पर स्ट्रोंटियम फेराइट) से इंजेक्शन-मोल्ड किया जाता है, जिसे नायलॉन PA12/PA6 जैसे पॉलिमर मैट्रिक्स के साथ जोड़ा जाता है। इसके फायदे जटिल आकृतियों की एकीकृत मोल्डिंग, अच्छी आयामी स्थिरता, संक्षारण प्रतिरोध और कम लागत में निहित हैं, लेकिन इसका चुंबकीय प्रदर्शन आमतौर पर उपयोग किए जाने वाले एनकोडर चुंबक सामग्रियों के बीच निचले स्तर पर है।

विशिष्ट डेटा के संदर्भ में, इंजेक्शन-मोल्डेड फेराइट का अवशिष्ट प्रेरण Br लगभग  1.7-3.0 kGs है , आंतरिक जबरदस्ती Hci लगभग  2.3-4.0 kOe है , और अधिकतम ऊर्जा उत्पाद BHmax लगभग  1-2.2 MGOe है । संदर्भ के लिए, बंधुआ एनडीएफईबी का बीआर आम तौर पर  4.5-7.5 केजी है , और बीएचमैक्स  5-8 एमजीओई  या इससे भी अधिक तक पहुंच सकता है। इसका मतलब यह है कि, एक ही सेंसर एयर गैप और डिटेक्शन थ्रेशोल्ड के तहत, चुंबकीय क्षेत्र 'सिग्नल ताकत' जो इंजेक्शन-मोल्डेड फेराइट प्रदान कर सकता है, एनडीएफईबी सिस्टम की तुलना में स्पष्ट रूप से कमजोर है।

बहु-ध्रुव चुंबकीयकरण के बाद सतह चुंबकीय क्षेत्र डेटा बाधा को और अधिक स्पष्ट करता है: पतली दीवार वाले आंतरिक-व्यास उन्मुख इंजेक्शन-मोल्डेड फेराइट बहु-ध्रुव चुंबकीय रिंगों का सतह चुंबकीय क्षेत्र लगभग  600-1100 जीएस है , जबकि अनिसोट्रोपिक सिंटर्ड फेराइट उच्च मान प्राप्त कर सकता है। जैसे-जैसे ध्रुव जोड़े की संख्या बढ़ती है और प्रत्येक व्यक्तिगत ध्रुव की चाप चौड़ाई कम हो जाती है, चुंबकीय क्षेत्र की स्थापना के लिए उपलब्ध 'क्षेत्र' सिकुड़ जाता है, किनारे के प्रभाव और अंतर-ध्रुव चुंबकीय क्षेत्र सुपरपोजिशन अधिक महत्वपूर्ण हो जाते हैं, और सिग्नल-टू-शोर अनुपात और भी खराब हो जाता है।  यह कोई ऐसी समस्या नहीं है जिसे मैग्नेटाइज़र की धारा को समायोजित करके हल किया जा सकता है; बल्कि, यह ध्रुव जोड़े की संख्या पर सामग्री के ऊर्जा उत्पाद द्वारा लगाई गई एक नरम ऊपरी सीमा है।

पोल पिच, मोटाई और पोल जोड़े के बीच ज्यामितीय बाधाएं

एक यूरोपीय पेटेंट में दिया गया अनुभवजन्य संबंध काफी शिक्षाप्रद है: चुंबकीय तत्व की मोटाई  ध्रुव पिच  (±25%) से लगभग 1.25 गुना होनी चाहिए, जो लगभग 0.3-1.5 मिमी की मोटाई सीमा के अनुरूप है; पोल पिच स्वयं  0.25-1.25 मिमी के क्रम पर है । यह ज्यामितीय बाधा ध्रुव जोड़े की संख्या को डिस्क व्यास से जोड़ती है: किसी दिए गए व्यास के लिए, ध्रुव जोड़े की संख्या जितनी अधिक होगी, ध्रुव पिच उतनी ही छोटी होगी, और आवश्यक चुंबक की मोटाई उतनी ही पतली होगी।

इंजेक्शन-मोल्डेड फेराइट के लिए, दीवार को पतला करने से प्रभावी चुंबकीय प्रवाह और अधिक संकुचित हो जाता है। उसी समय, एक बार जब पोल पिच उप-मिलीमीटर स्तर तक सिकुड़ जाती है, तो चुंबकीयकरण स्थिरता पोल-हेड परिशुद्धता और चुंबकीय सर्किट डिजाइन के लिए सहिष्णुता खिड़की तेजी से संकीर्ण हो जाती है। उद्योग सामग्री स्पष्ट रूप से इंगित करती है कि पोल संख्या जितनी अधिक होगी, एकल-पोल चाप की चौड़ाई उतनी ही कम होगी, और चुंबकीय स्थिरता पोल-हेड परिशुद्धता और चुंबकीय सर्किट डिजाइन के लिए आवश्यकताएं उतनी ही अधिक होंगी। तब जैसी समस्याएं  ध्रुव युक्तियों पर अल्प-संतृप्ति, चुंबकीय क्षेत्र विरूपण और अंतर-ध्रुव शून्य-स्थिति बदलाव  सामने आएंगी।

यह बताता है कि क्यों बाजार में इंजेक्शन-मोल्डेड फेराइट एनकोडर चुंबकीय रिंगों के सामान्य विनिर्देश  62/64 ध्रुवों और 126/128 ध्रुवों जैसे स्थानों पर केंद्रित होते हैं। अनिश्चित काल तक ऊपर की ओर रखे जाने के बजाय ये स्थितियाँ संतुलन बिंदु हैं जो पहले से ही सामग्री प्रदर्शन, चुंबकीयकरण प्रक्रिया और लागत के बीच इंजीनियरिंग अभिसरण से गुजर चुकी हैं।

चयन तर्क: 'कितनी अच्छी आवश्यकता है' से 'कितना ऊंचा बनाया जा सकता है' तक पीछे की ओर काम करें

एक व्यावहारिक चयन पथ को उल्टा किया जाना चाहिए:  पहले उस रिज़ॉल्यूशन का निर्धारण करें जिसकी सिस्टम को वास्तव में आवश्यकता है, फिर मूल्यांकन करें कि क्या इंजेक्शन-मोल्ड फेराइट उस पोल-जोड़ी गणना पर प्रयोग करने योग्य सिग्नल गुणवत्ता प्रदान कर सकता है।

कम ध्रुव-जोड़ी सीमा (4-12 ध्रुव):  एकल ध्रुव की चाप की लंबाई बड़ी होती है, और चुंबकीय प्रवाह पर्याप्त होता है, इसलिए इंजेक्शन-मोल्ड फेराइट की कमजोर-चुंबकीय-क्षेत्र की कमी की भरपाई ज्यामितीय आयामों द्वारा की जाती है। यह रेंज उन परिदृश्यों के लिए उपयुक्त है, जिनमें कठोर रिज़ॉल्यूशन की आवश्यकता नहीं होती है, लेकिन कम लागत और अच्छी स्थिरता की आवश्यकता होती है, जैसे कि पंखे की मोटरें, स्मार्ट वॉटर मीटर और उपकरण बीएलडीसी। इन अनुप्रयोगों में, ध्रुव जोड़े की भूमिका एक सटीक कोणीय पैमाने की तुलना में कम्यूटेशन संदर्भ प्रदान करने में अधिक है।

मध्यम पोल-जोड़ी रेंज (16-32 पोल):  यह एनकोडर-स्तरीय अनुप्रयोगों में प्रवेश के लिए सीमा है। इंजेक्शन-मोल्डेड फेराइट अभी भी इस रेंज में प्रयोग करने योग्य सिग्नल-टू-शोर अनुपात को बनाए रख सकता है, जो इसे मध्यम-रिज़ॉल्यूशन कोण फीडबैक, जैसे ह्यूमनॉइड रोबोट संयुक्त एनकोडर और कुछ सर्वो सहायक फीडबैक के लिए उपयुक्त बनाता है। चयन के दौरान, मुख्य सत्यापन आइटम केवल उच्च पोल-जोड़ी गिनती का पीछा करने के बजाय  पोल पिच स्थिरता है  - समान पोल पिच वितरण के साथ एक 32-पोल चुंबकीय रिंग धुंधली चुंबकीयकरण सीमाओं के साथ 64-पोल चुंबकीय रिंग की तुलना में बेहतर कोणीय सटीकता प्राप्त कर सकती है।

उच्च पोल-जोड़ी सीमा (48-64 पोल और ऊपर):  इंजेक्शन-मोल्डेड फेराइट प्रक्रिया और सामग्री की ऊपरी सीमा तक पहुंचना शुरू कर देता है। यह रेंज के लिए बेहतर अनुकूल है  दोहरे ट्रैक डिज़ाइन : मुख्य ट्रैक उच्च-रिज़ॉल्यूशन वृद्धिशील या पूर्ण स्थिति के लिए जिम्मेदार है, जबकि द्वितीयक ट्रैक कोप्राइम पोल-जोड़ी गणना के साथ क्रांति गणना या मोटे स्थिति संदर्भ प्रदान करता है। बाज़ार में पहले से उपलब्ध 62/64-पोल और 126/128-पोल दोहरे ट्रैक चुंबकीय छल्ले इसी दृष्टिकोण के उत्पाद हैं। हालाँकि, यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि जब ध्रुव जोड़े की संख्या और बढ़ जाती है, तो सतह क्षेत्र क्षीणन और इंजेक्शन-मोल्डेड फेराइट का अंतर-ध्रुव हस्तक्षेप सिग्नल की गुणवत्ता को ख़राब कर देगा। इस बिंदु पर,  बंधुआ एनडीएफईबी आमतौर पर अधिक उचित विकल्प है ।उच्च लागत के बावजूद,

इंजीनियरिंग कार्यान्वयन के लिए दो प्रमुख अनुस्मारक

सबसे पहले, चयन समीक्षा में चुंबकत्व क्षमता शामिल करें।  चुंबकीय रिंग ड्राइंग पर ध्रुव-जोड़ी की गिनती एक डिज़ाइन मान है। क्या वास्तविक चुंबकीय ध्रुव वितरण एक समान है और क्या अंतर-ध्रुव शून्य स्थिति स्पष्ट है, यह चुंबकीयकरण स्थिरता और प्रक्रिया पर निर्भर करता है। ध्रुव जोड़े की संख्या निर्धारित करने से पहले, चुंबक आपूर्तिकर्ता को उस ध्रुव-जोड़ी गणना पर  मापा सतह क्षेत्र वितरण वक्र  और  ध्रुव पिच स्थिरता डेटा प्रदान करने के लिए कहा जाना चाहिए  , न कि केवल चुंबकीय ध्रुव व्यवस्था का एक योजनाबद्ध विवरण।

दूसरा, डुअल-ट्रैक 'स्टैकिंग पोल काउंट्स' के लिए कोई शॉर्टकट नहीं है।  डुअल-ट्रैक का मूल्य एक साथ उच्च रिज़ॉल्यूशन और एक पूर्ण स्थिति संदर्भ प्राप्त करने के लिए कोप्राइम पोल-पेयर काउंट के संयोजन का उपयोग करने में निहित है। हालाँकि, यह दो चुंबकीय ट्रैकों के बीच चरण संरेखण और चुंबकीयकरण क्रॉसस्टॉक नियंत्रण पर उच्च मांग रखता है। यदि मुख्य और द्वितीयक ट्रैक की पोल-जोड़ी गणना अनुचित तरीके से चुनी गई है (उदाहरण के लिए, एक-दूसरे के बहुत करीब), तो सह-प्राथमिकता द्वारा लाया गया स्थिति-समाधान लाभ सिग्नल क्रॉसस्टॉक द्वारा ऑफसेट किया जाएगा। दोहरे ट्रैक के पोल-जोड़ी संयोजन को चुंबक निर्माता द्वारा एकतरफा निर्णय लेने के बजाय डिकोडिंग एल्गोरिदम के साथ डिजाइन करने की आवश्यकता है।

चयन का सार  समाधान आवश्यकताओं, सामग्री क्षमता, प्रक्रिया विंडो और लागत के बीच प्रतिच्छेदन का पता लगाना है । इंजेक्शन-मोल्डेड फेराइट एक 'सार्वभौमिक चुंबकीय रिंग सामग्री' नहीं है। यह निम्न-से-मध्यम ध्रुव-जोड़ी रेंज में अत्यधिक लागत प्रभावी समाधान प्रदान करता है; लेकिन जब ध्रुव-जोड़ी की संख्या 64 से अधिक हो जाती है, तो चयनकर्ताओं को ईमानदारी से इसकी चुंबकीय प्रदर्शन सीमा का सामना करना पड़ता है - या तो सिग्नल गुणवत्ता में कमी को स्वीकार करें या उच्च ऊर्जा उत्पाद के साथ सामग्री प्रणाली की ओर रुख करें।  ध्रुव जोड़े एक रूलर हैं, लेकिन रूलर पर ग्रेजुएशन सटीक रूप से खींचे गए हैं या नहीं यह इस बात पर निर्भर करता है कि सामग्री और प्रक्रिया उनका समर्थन कर सकती है या नहीं।