Mágneses póluspárok: A túl sok pazarló, túl kevés az elégtelen – hol vannak a fröccsöntött ferrittárcsák kiválasztásának határai?

Kiválasztáskor A mágneses kódoló lemezek általános megérzése: minél nagyobb a póluspárok száma, annál nagyobb a felbontás és annál jobb a teljesítmény. Az érzékelők szintjén ez az ítélet nagyjából érvényes. De ha a mágnest fröccsöntött ferritként rögzítik, a helyzet árnyaltabbá válik. A fröccsöntött ferrit mágneses teljesítményének felső határa, a többpólusú mágnesezés folyamatának korlátai és az a könnyen figyelmen kívül hagyható tény, hogy 'felbontás ≠ pontosság' együtt rajzolnak ki egy szelekciós görbét, amely nem egyszerűen 'minél magasabb, annál jobb'.

Először is tisztázzunk egy feltevést: a felbontás nem egyenlő a pontossággal

A TI alkalmazási irodalom tömör összefüggést ad: egyetlen Hall retesz használata esetén a fordulatonkénti impulzusok megegyeznek a mágnes póluspárjainak számával; Ha két Hall reteszt használunk a kvadratúra dekódoláshoz, a fordulatszámok kétszerese a pólusok számának. A 'beosztások' szempontjából a póluspárok közvetlenül meghatározzák a rendszer által megoldható legkisebb szöglépést.

De egy nyílt forráskódú mágneses kódoló projektből származó emlékeztető minden választónál figyelmet érdemel: 'Felbontás != Pontosság' – 0,017°/lépés elméleti felbontást kaphat 2,4 mm-es pólusosztásnál, de ezek a lépések nincsenek egységesen leképezve a kerület mentén. Más szavakkal,  a póluspárok határozzák meg, hogy 'milyen finomak a beosztások,' nem 'hogy milyen pontosan rajzolódnak ki a beosztások.'  A szöghiba a pólusosztás konzisztenciájából, a mágnesezési határok tisztaságából, az érzékelő telepítésének excentricitásából és magának a mágnesnek az anyag egyenletességéből adódik. A póluspárok önmagukban nem szüntetik meg ezeket a hibákat; ehelyett a póluspárok számának növekedésével felerősíthetik őket.

A fröccsöntött ferrit 'mágneses teljesítményű mennyezete'.

A fröccsöntött ferrit elhelyezése egyértelmű: ferritporból (általában stroncium-ferritből) fröccsöntve készül polimer mátrixszal, például nylon PA12/PA6-tal. Előnyei az összetett formák integrált fröccsöntésében, a jó méretkonzisztenciában, a korrózióállóságban és az alacsony költségben rejlenek, de a mágneses teljesítménye a legalacsonyabb az általánosan használt kódoló mágneses anyagok között.

Konkrét adatok szerint a fröccsöntött ferrit maradék indukciója Br durván  1,7–3,0 kGs , a Hci belső koercitivitása körülbelül  2,3–4,0 kOe , a maximális BHmax energiatermék pedig körülbelül  1–2,2 MGOe . Referenciaként a megkötött NdFeB Br-értéke általában  4,5–7,5 kG , a BHmax pedig elérheti  az 5–8 MGOe-t  vagy még magasabbat is. Ez azt jelenti, hogy ugyanazon érzékelő légrés és érzékelési küszöb mellett a fröccsöntött ferrit által biztosított mágneses tér 'jelerősség' egyértelműen gyengébb, mint az NdFeB rendszereké.

A többpólusú mágnesezés utáni felületi mágneses téradatok tovább szemléltetik a korlátot: a vékonyfalú belső átmérőjű orientált fröccsöntött ferrit többpólusú mágnesgyűrűk felületi mágneses tere körülbelül  600-1100 Gs , míg az anizotróp szinterezett ferrit magasabb értékeket érhet el. A póluspárok számának növekedésével és az egyes pólusok ívszélességének szűkülésével a mágneses tér kialakítására rendelkezésre álló 'terület' csökken, az élhatások és a pólusok közötti mágneses tér szuperpozíciója jelentősebbé válik, a jel-zaj viszony tovább romlik.  Ez nem a mágnesező áramának beállításával megoldható probléma; hanem egy lágy felső határ, amelyet az anyag energiaterméke szab a póluspárok számára.

Geometriai megszorítások a pólusosztás, a vastagság és a póluspárok között

Egy európai szabadalomban megadott empirikus összefüggés meglehetősen tanulságos: a mágnesezhető elem vastagsága  a pólusosztás körülbelül 1,25-szöröse  (±25%) kell, hogy legyen, ami körülbelül 0,3–1,5 mm vastagságtartománynak felel meg; maga a pólusosztás nagyságrendű  0,25–1,25 mm . Ez a geometriai megkötés a póluspárok számát a korong átmérőjéhez köti: egy adott átmérőnél minél nagyobb a póluspárok száma, annál kisebb a pólusosztás, és annál vékonyabb a szükséges mágnesvastagság.

Fröccsöntött ferrit esetében a fal vékonyítása tovább tömöríti az effektív mágneses fluxust. Ugyanakkor, amint a pólusosztás a milliméter alatti szintre zsugorodik, a mágnesező berendezés pólusfej-precíziós és mágneses áramkör-tervezési tűréshatára gyorsan beszűkül. Az ipari anyagok egyértelműen rámutatnak arra, hogy minél nagyobb a pólusszám, annál kisebb az egypólusú ív szélessége, és annál magasabbak a követelmények a mágnesező berendezés pólusfej pontosságára és a mágneses áramkör tervezésére. , mint  a póluscsúcsok alultelítettsége, a mágneses tér torzulása és a pólusok közötti nulla pozíció eltolódása . Ekkor olyan problémák jelennek meg

Ez megmagyarázza, hogy a piacon a fröccsöntött ferrit kódoló mágneses gyűrűinek általános specifikációi miért olyan pozíciókra összpontosulnak, mint  a 62/64 pólus és a 126/128 pólus , ahelyett, hogy korlátlanul felfelé halmozódnának fel. Ezek a pozíciók olyan egyensúlyi pontok, amelyek már átestek a mérnöki konvergencián az anyagteljesítmény, a mágnesezési folyamat és a költségek között.

Kiválasztási logika: 'milyen finomra van szükség' visszafelé haladva a 'milyen magasra lehet tenni'-ig.

A gyakorlati kiválasztási utat meg kell fordítani:  először határozza meg a rendszernek valóban szükséges felbontást, majd értékelje ki, hogy a fröccsöntött ferrit képes-e használható jelminőséget biztosítani az adott pólusszám mellett.

Alacsony póluspár tartomány (4-12 pólus):  Egyetlen pólus ívhossza nagy, a mágneses fluxus elegendő, így a fröccsöntött ferrit gyenge mágneses térbeli hiányosságait geometriai méretek kompenzálják. Ez a sorozat olyan forgatókönyvekhez alkalmas, amelyek nem igényelnek szigorú felbontást, de alacsony költséget és jó konzisztenciát igényelnek, mint például ventilátormotorok, intelligens vízmérők és készülék BLDC-k. Ezekben az alkalmazásokban a póluspárok szerepe inkább a kommutációs referencia nyújtása, mintsem a pontos szögskála.

Közepes póluspár tartomány (16–32 pólus):  Ez a küszöbérték a kódoló szintű alkalmazásokba való belépéshez. A fröccsöntött ferrit továbbra is képes fenntartani a használható jel-zaj arányt ebben a tartományban, így alkalmas közepes felbontású szög-visszacsatolásra, például humanoid robotcsukló-kódolókra és néhány szervo-kiegészítő visszacsatolásra. A kiválasztás során a legfontosabb ellenőrzési elem  a pólusosztás konzisztenciája  , nem pedig egyszerűen a magasabb póluspárok elérése – egy 32 pólusú mágneses gyűrű egyenletes pólusosztás-elosztással jobb szögpontosságot érhet el, mint egy 64 pólusú mágneses gyűrű elmosódott mágnesezési határokkal.

Magasabb póluspár tartomány (48–64 pólus és több):  A fröccsöntött ferrit kezd megközelíteni a folyamat és az anyag felső határát. Ez a tartomány jobban illeszkedik a  kétsávos kialakításhoz : a fő sáv felelős a nagy felbontású növekményes vagy abszolút pozícióért, míg a másodlagos pálya fordulatszámot vagy durva pozícióreferenciát biztosít a másodlagos póluspár számlálással. A piacon már kapható 62/64 pólusú és 126/128 pólusú kétnyomú mágnesgyűrűk ennek a megközelítésnek a termékei. Azonban meg kell jegyezni, hogy amikor a póluspárok száma tovább növekszik, a felületi tér csillapítása és a fröccsöntött ferrit pólusok közötti interferenciája rontja a jel minőségét. Ezen a ponton  általában a ragasztott NdFeB az ésszerűbb választás , magasabb költsége ellenére.

Két fontos emlékeztető a mérnöki megvalósításhoz

Először is vegye fel a mágnesezési képességet a kiválasztási áttekintésbe.  A mágneses gyűrűrajzon a póluspárok száma tervezési érték. Az, hogy a tényleges mágneses póluseloszlás egyenletes-e, és hogy a pólusok közötti nulla pozíciók egyértelműek-e, a mágnesező berendezéstől és a folyamattól függ. A póluspárok számának meghatározása előtt fel kell kérni a mágnes szállítóját, hogy adja meg a  mért felületi téreloszlási görbét  és  a pólusosztás konzisztenciájának adatait  az adott póluspárok számánál, ne csak a mágneses pólusok elrendezésének vázlatát.

Másodszor, a kétsávos sáv nem egy parancsikon a 'pólusszámok egymásra halmozására'.  A kétsávos sáv értéke abban rejlik, hogy a póluspár-számítások kombinációját használja a nagy felbontás és az abszolút pozícióreferencia egyidejű elérése érdekében. Azonban magasabb követelményeket támaszt a két mágneses sáv közötti fázisigazítással és a mágneses áthallás szabályozásával szemben. Ha a fő és a másodlagos sáv póluspár-számlálása rosszul van kiválasztva (például túl közel egymáshoz), a koprimalitás által előidézett helyzetmegoldási előnyt a jel áthallása ellensúlyozza. A kettős sávok póluspár kombinációját a dekódoló algoritmussal együtt kell megtervezni, nem pedig a mágnes gyártójának egyoldalúan dönteni.

A kiválasztás lényege, hogy megtaláljuk a metszéspontot  a felbontási követelmények, az anyagképesség, a folyamatablak és a költség között . A fröccsöntött ferrit nem 'univerzális mágneses gyűrűanyag'. Rendkívül költséghatékony megoldást kínál az alacsony és közepes póluspár tartományban; de amikor a póluspárok száma meghaladja a 64-et, a választóknak becsületesen szembe kell nézniük a mágneses teljesítmény felső határával – vagy elfogadják a jelminőség romlását, vagy egy magasabb energiatermékkel rendelkező anyagrendszerhez kell fordulniuk.  A póluspárok vonalzónak számítanak, de az, hogy a vonalzón lévő beosztások pontosan vannak-e megrajzolva, attól függ, hogy az anyag és az eljárás alátámasztja-e őket.