Роботтың магниттік кодтаушы сенсорын жоғары температурада магнитсіздандыру – үздіксіз жұмыс істеуге арналған шешімдер

I. Мәселе: Роботтың «Буын» істен шығуының жасырын қаупі

Өнеркәсіптік роботтарда, бірлескен роботтарда және дәл серво жүйелерде магниттік кодтаушылар 'біріктірілген сенсорлар' ретінде маңызды рөл атқарады. Олар магнит өрісінің магнит өрісіндегі өзгерістерді анықтайды. кодер дискі (магниттік сақина) және қозғалтқыштың жылдамдығы мен орналасуы туралы нақты уақыттағы кері байланысты қамтамасыз етеді. Дегенмен, оңай ескерілмейтін мәселе, роботтар жоғары температура жағдайында үздіксіз жұмыс істегенде, магниттік кодтаушы дискі  жоғары температурада магнитсізденуі мүмкін , бұл позицияның кері ауытқуына, токтың жоғарылауына және тіпті қадам жоғалуына әкеледі.

Инженерлер мұны нақты әлемде жөндеу кезінде кездестірді: қозғалтқыш 80 °C-тан жоғары жұмыс істегенде, позиция туралы кері байланыс бірте-бірте дұрыс емес болады және мұқият тексерулерден кейін негізгі себеп магниттік кодтағыштың жоғары температурадағы магнитсізденуіне байланысты анықталады. Ұзақ уақыт бойы үздіксіз жұмыс істеуді қажет ететін өнеркәсіптік роботтар үшін бұл мәселе өте маңызды - бұл өңдеу дәлдігіне әсер етіп қана қоймайды, сонымен қатар жабдықтың істен шығуын немесе тіпті қауіпсіздік оқиғаларын тудыруы мүмкін.

Қазіргі уақытта магниттік кодтаушы дискілер үшін ең көп қолданылатын екі материал -  инъекциялық құйылған феррит  және  резеңке магнит  (икемді феррит магниті деп те аталады). Неліктен бұл екі материал жоғары температурада магнитсізденеді және оны қалай шешуге болады? Бұл мақалада материалдың сипаттамалары, магнитсіздендіру механизмдері және шешімдер тұрғысынан терең талдау қарастырылған.

II. Екі жалпы материал және олардың температуралық сипаттамалары

1. Инъекциялық құйылған феррит

Инъекциялық құйылған феррит нейлонды (немесе басқа термопластикалық шайырларды) темір оксиді ұнтағымен түйіршіктерді қалыптастыру үшін араластыру арқылы жасалады, содан кейін олар бүрку арқылы өңделеді. Оның артықшылықтарына жоғары пішін еркіндігі, тамаша өлшемдік дәлдік және жаппай өндіріске жарамдылық жатады. Магниттік кодтаушы дискілер саласында инжекциялық құйылған феррит сақиналары бірнеше полюстермен дәл магниттелуі мүмкін және қозғалтқышты басқару мен робот қосылыстарында кеңінен қолданылады.

Дегенмен, инъекциялық құйылған ферриттің айтарлықтай кемшілігі бар -  температураға жоғары сезімталдық . Жоғары температура кезінде оның магниттік қасиеттері нашарлап, магнитсізденуі мүмкін. Әдетте, бүркумен құйылған ферриттің жұмыс температурасының диапазоны -40 °C және 120 °C аралығында болады; осы диапазоннан асқанда магниттік өнімділік төмендей бастайды. Бір қызығы, инъекциялық құйылған феррит салыстырмалы түрде төмен коэрцивтілікке ие, бұл оны сыртқы магнит өрістеріне ғана емес, сонымен қатар жоғары температурада қайтымсыз магниттік жоғалтуға да сезімтал етеді.

2. Резеңке магнит (икемді феррит магниті)

Резеңке магниттер байланыстырылған феррит ұнтағын синтетикалық каучуктармен (мысалы, нитрилді каучук немесе хлоропренді каучук) араластыру, содан кейін каландрлеу, экструзия немесе бүрку арқылы өңдеу арқылы жасалады. Олар икемді, серпімді және кесуге жарамды, сонымен қатар магниттік кодтауыштарда кеңінен қолданылады.

Кәдімгі резеңке магниттер әдетте шамамен  80 ° C жұмыс температурасының жоғарғы шегіне ие . Кәдімгі резеңке магниттер 80 ° C температурада 72 сағаттан кейін 3% -дан аз магниттік әлсіреуді көрсетеді; дегенмен, егер температура одан әрі көтерілсе, магнитсіздену қаупі айтарлықтай артады. Айта кету керек, резеңке магниттердің температураға төзімділігі негізінен резеңке матрицамен анықталады - силикон резеңке сияқты жоғары температураға төзімді резеңкелерді қолдану арқылы жоғарғы шегі 150-200 ° C дейін көтерілуі мүмкін.

III. Жоғары температура демагнетизациясының физикалық механизмі: жылулық қозғалыстағы магниттік домендер 'бағытын жоғалтады'

Жоғары температураның магнитсізденуін түсіну үшін алдымен магниттік материалдардың магнитті екенін түсіну керек.

Материалдың магнетизмі материалдың ішіндегі кішкентай магниттік аймақтардың реттелген туралануынан туындайды -  магниттік домендер . Бөлме температурасында бұл домендер негізінен бір бағытта тураланып, макроскопиялық магнетизмді тудырады. Температура көтерілген кезде домендер ішіндегі атомдардың жылулық қозғалысы күшейіп, бастапқы реттелген домен құрылымын бұзады және магниттік моменттердің ауытқуына әкеледі. Нәтижесінде  реманенттігі де (Br)  де,  коэрцивтілігі де (Нс) әртүрлі дәрежеде төмендейді, магнит өрісінің күші әлсіреу ретінде көрінеді. магниттің

Инъекциялық құйылған феррит және резеңке магниттер үшін жағдай күрделірек: екі материал да  байланысқан магниттер болып табылады.  полимер байланыстырғышпен қосылатын магнитті ұнтақтан (феррит ұнтағы) тұратын Жоғары температура ұнтақтың магниттік доменінің орналасуына әсер етіп қана қоймайды, сонымен қатар байланыстырушы қасиеттерін (жұмсарту, қартаю және т.б.) өзгертеді, бұл өз кезегінде ұнтақтың дисперсиясына және жалпы магниттік өнімділікке әсер етеді.

Жоғары температурадағы магнитсіздендірудің екі түрін ажырату маңызды:

·  Қайтымды демагнетизация : магниттік өнімділік температура көтерілген сайын төмендейді, бірақ температура қалыпты жағдайға оралғанда қалпына келеді.

·  Қайтымсыз магнитсіздену : температура белгілі бір шекті мәннен асқанда домен құрылымы тұрақты өзгереді, ал бастапқы магниттік қасиеттер салқындағаннан кейін де қалпына келтірілмейді.

Роботтың үздіксіз жұмысы үшін ең маңызды мәселе  қайтымсыз магнитсіздену болып табылады  - ол орын алған соң, кодтаушы дискінің магниттік сигнал күші біржола төмендейді, бұл кодердің өлшеу дәлдігіне тікелей нұқсан келтіреді.

IV. Жүйелі шешімдер

Инъекциялық құйылған ферритті және резеңке магнитті кодтаушы дискілерді жоғары температурада магнитсіздендіру мәселесін шешу үшін шешімдерді екі өлшемнен алуға болады: материал деңгейі және жүйенің дизайн деңгейі.

1-шешім: Материалдық деңгейді оңтайландыру және жаңарту

1. Инъекциялық құйылған ферриттің жоғары температураға төзімді сорттарын таңдаңыз

Инъекциялық құйылған ферриттің жұмыс температурасы бекітілмеген. Магниттік ұнтақ құрамы мен байланыстырғыш жүйені оңтайландыру арқылы оның температураға төзімділігін айтарлықтай арттыруға болады. Мысалы, байланыстырғыш ретінде нейлон 6 немесе PPS (полифенилен сульфиді) пайдаланатын феррит материалдары шамамен 180 °C температурада қанағаттанарлық сынақ нәтижелерін көрсетті. Зерттеулер TAF жағармайының тиісті мөлшерін қосу түйіршіктердің ағындылығын және магниттік қасиеттерін жақсарта алатынын көрсетеді; Магниттік ұнтақты байланыстырушы агенттермен бетін өңдеу де инъекциялық құйылған магниттердің өнімділігін тиімді түрде арттыра алады.

2. Жоғары температураға төзімді резеңке магниттерді таңдаңыз

Кәдімгі резеңке магниттер 80 ° C жоғарғы температура шегіне ие, бірақ жоғары температуралық резеңке жүйелерді қабылдау арқылы (мысалы, қарапайым каучукты силиконды резеңкемен ауыстыру) жоғарғы шекті 150-200 ° C дейін көтеруге болады. Патенттелген технологиялар феррит ұнтағы бар жоғары температуралы резеңке жүйелерді дұрыс тұжырымдау және процесті оңтайландыру кезінде резеңке магниттердің максималды қызмет көрсету температурасы 120-170 ° C дейін жетуі мүмкін екенін көрсетті. SR/NBR сияқты аралас резеңке жүйелер де 120 °C жоғары термиялық тұрақтылықты көрсетеді.

Практикалық таңдауда материалдың температуралық көрсеткішін жабдықтың жұмыс температурасының диапазонымен сәйкестендіру ұсынылады.

Шешім 2: Жүйені жобалау және жылуды басқару

1. Жылу бөлу дизайнын оңтайландыру

Жоғары температураның магнитсізденуі, сайып келгенде, шамадан тыс температураның әсерінен болатындықтан, тиімді термиялық басқару ең тікелей әдіс болып табылады. Арнайы шараларға мыналар жатады:

·  қосу . жылу қабылдағыштарды немесе мәжбүрлі ауаны салқындатуды  Магниттік сақинаның жұмыс температурасын төмендету үшін кодердің айналасына

·  орналастыру . жылу оқшаулағыш құрылымдарды  Жылу беруді блоктау үшін қозғалтқыш орамдары мен кодер арасында

·  қабылдау . сумен салқындатылатын куртка конструкцияларын  Жоғары температура жағдайында үздіксіз салқындатуға қол жеткізу үшін

2. Магниттік тізбекті жобалаудағы резервтік маржа

Магниттік тізбекті жобалау кезеңінде  ағындық маржа сақталуы мүмкін. өнімнің бүкіл өмірлік циклі бойына тұрақты өнімділікті қамтамасыз ете отырып, жоғары температурада ішінара магниттік жоғалтуды өтеу үшін тиісті

3. Инъекциялық қалыптау процесінің температурасын бақылау

Магниттік кодтаушы дискіні жасау кезінде магниттік қасиеттерді зақымдауы мүмкін шамадан тыс температураны болдырмай, бүрку кезінде өңдеу температурасын бақылауға назар аудару керек.

V. Түйіндеме

Инжекциялық құйылған ферритті және резеңке магнитті кодтаушы дискілерді жоғары температурада магнитсіздандыру шын мәнінде жылулық қозғалыс магниттік тәртіпті төмендететін реттелген магниттік домен құрылымын бұзатын физикалық процесс болып табылады. Бұл мәселе роботтың үздіксіз жұмысында ерекше орын алады.

Шешімдерге екі деңгейден жақындауға болады:  материал деңгейінде , инжекциялық құйылған ферриттің жоғары температураға төзімді сорттарын немесе жоғары температураға төзімді резеңке магниттерді таңдау арқылы;  жүйе деңгейінде жылу диссипациясын оңтайландыру, дұрыс термиялық басқаруды енгізу және магнит тізбегіндегі ағынның шектерін сақтау арқылы.

Нақты инженерлік қолданбаларда нақты температура диапазонына, шығындар бюджетіне және дәлдік талаптарына негізделген ең қолайлы шешімді жан-жақты бағалау және таңдау ұсынылады. Өйткені, ұзақ уақыт бойы тұрақты жұмыс істеуді қажет ететін робот үшін әрбір 'буынның' сенімділігі жалпы табысқа өте маңызды.