Çiftet e poleve magnetike: Shumë janë të kota, shumë pak janë të pamjaftueshme—Ku janë kufijtë e përzgjedhjes së disqeve të ferritit të formuar me injeksion?

Gjatë përzgjedhjes Disqet e koduesit magnetik , një intuitë e zakonshme është: sa më i lartë të jetë numri i çifteve të poleve, aq më i lartë është rezolucioni dhe aq më i mirë është performanca. Në nivelin e sensorit, ky gjykim është gjerësisht i vlefshëm. Por sapo materiali i magnetit fiksohet si ferrit i formuar me injeksion, situata bëhet më e nuancuar. Tavani i performancës magnetike të ferritit të formuar me injeksion, kufijtë e procesit të magnetizimit me shumë pole dhe fakti lehtësisht i anashkaluar se 'rezolucioni ≠ saktësia' së bashku tërheqin një kurbë përzgjedhjeje që nuk është thjesht 'sa më e lartë, aq më mirë'.

Së pari, sqaroni një premisë: rezolucioni nuk është i barabartë me saktësinë

Literatura e aplikimit TI jep një marrëdhënie koncize: kur përdoret një shul i vetëm Hall, pulset për rrotullim janë të barabartë me numrin e çifteve të poleve të magnetit; kur përdoren dy kapëse Hall për dekodimin kuadratik, numërimet për rrotullim janë dyfishi i numrit të poleve. Nga këndvështrimi i 'diplomimit', çiftet e shtyllave përcaktojnë drejtpërdrejt hapin më të vogël këndor që sistemi mund të zgjidhë.

Por një kujtesë nga një projekt kodues magnetik me burim të hapur meriton vëmendje nga çdo përzgjedhës: 'Rezolucioni != Saktësia'—mund të marrësh një rezolucion teorik prej 0,017°/hap në një hap të shtyllës 2,4 mm, por këto hapa nuk janë hartuar në mënyrë uniforme rreth perimetrit. Me fjalë të tjera,  çiftet e shtyllave përcaktojnë 'sa mirë janë gradimet' jo 'sa saktë janë tërhequr gradimet.'  Gabimi këndor vjen nga qëndrueshmëria e lartësisë së shtyllës, qartësia e kufirit të magnetizimit, ekscentriciteti i instalimit të sensorit dhe uniformiteti material i vetë magnetit. Vetë çiftet e shtyllave nuk i eliminojnë këto gabime; në vend të kësaj, ata mund t'i amplifikojnë ato ndërsa numri i çifteve të poleve rritet.

'tavani i performancës magnetike' i ferritit të derdhur me injeksion

Pozicionimi i ferritit të derdhur me injeksion është i qartë: ai është formuar me injeksion nga pluhur ferriti (zakonisht ferrit stroncium) i kombinuar me një matricë polimer si najloni PA12/PA6. Përparësitë e tij qëndrojnë në formimin e integruar të formave komplekse, qëndrueshmëri të mirë dimensionale, rezistencë ndaj korrozionit dhe kosto të ulët, por performanca e tij magnetike është në nivelin e ulët midis materialeve magnetike të koduesit të përdorur zakonisht.

Për sa i përket të dhënave specifike, induksioni i mbetur Br i ferritit të derdhur me injeksion është afërsisht  1,7-3,0 kGs , shtrëngimi i brendshëm Hci është rreth  2,3-4,0 kOe dhe produkti maksimal i energjisë BHmax është rreth  1-2,2 MGOe . Për referencë, Br i NdFeB i lidhur është zakonisht  4,5-7,5 kGs , dhe BHmax mund të arrijë  5-8 MGOe  ose edhe më të lartë. Kjo do të thotë se, nën të njëjtin boshllëk ajri me sensor dhe pragun e zbulimit, fusha magnetike 'forca e sinjalit' që mund të sigurojë ferriti i formuar me injeksion është qartësisht më i dobët se ai i sistemeve NdFeB.

Të dhënat e fushës magnetike sipërfaqësore pas magnetizimit me shumë pol ilustrojnë më tej kufizimin: fusha magnetike sipërfaqësore e unazave magnetike shumëpolëshe të ferritit të orientuar me diametër të brendshëm me mur të hollë të formuar me injeksion është rreth  600–1100 Gs , ndërsa ferriti i sinteruar anizotropik mund të arrijë vlera më të larta. Ndërsa numri i çifteve të poleve rritet dhe gjerësia e harkut të çdo pol individual ngushtohet, 'zona' e disponueshme për vendosjen e fushës magnetike tkurret, efektet e skajeve dhe mbivendosja e fushës magnetike ndërpole bëhen më të rëndësishme dhe raporti sinjal-zhurmë përkeqësohet më tej.  Ky nuk është një problem që mund të zgjidhet duke rregulluar rrymën e magnetizuesit; përkundrazi, është një kufi i sipërm i butë i imponuar nga produkti energjetik i materialit në numrin e çifteve të poleve.

Kufizimet gjeometrike midis lartësisë, trashësisë dhe çifteve të poleve

Një marrëdhënie empirike e dhënë në një patentë evropiane është mjaft udhëzuese: trashësia e elementit të magnetizueshëm duhet të jetë rreth  1,25 herë më e madhe se lartësia e shtyllës  (±25%), që korrespondon me një diapazon trashësie prej rreth 0,3-1,5 mm; vetë hapi i shtyllës është i rendit  0,25-1,25 mm . Ky kufizim gjeometrik lidh numrin e çifteve të poleve me diametrin e diskut: për një diametër të caktuar, sa më i lartë të jetë numri i çifteve të poleve, aq më i vogël është hapi i poleve dhe aq më e hollë është trashësia e kërkuar e magnetit.

Për ferritin e formuar me injeksion, hollimi i murit kompreson më tej fluksin magnetik efektiv. Në të njëjtën kohë, sapo hapi i shtyllës tkurret në nivelin nën milimetër, dritarja e tolerancës për saktësinë e kokës së shtyllës së pajisjes magnetizuese dhe dizajnimin e qarkut magnetik ngushtohet me shpejtësi. Materialet e industrisë theksojnë qartë se sa më i lartë të jetë numri i poleve, aq më e vogël është gjerësia e harkut me një pol dhe aq më të larta janë kërkesat për saktësinë e kokës së shtyllës magnetizuese dhe dizajnin e qarkut magnetik. Më pas do të shfaqen probleme të tilla si  nënngopja në majat e poleve, shtrembërimi i fushës magnetike dhe zhvendosja e pozicionit zero ndërmjet poleve  .

Kjo shpjegon pse specifikimet e zakonshme të unazave magnetike të koduesit të ferritit të formuar me injeksion në treg janë të përqendruara në pozicione të tilla si  polet 62/64 dhe polet 126/128 , në vend që të grumbullohen lart për një kohë të pacaktuar. Këto pozicione janë pika ekuilibri që tashmë kanë pësuar konvergjencë inxhinierike midis performancës së materialit, procesit të magnetizimit dhe kostos.

Logjika e përzgjedhjes: punoni mbrapsht nga 'sa mirë është e nevojshme' në 'sa lart mund të bëhet'

Një rrugë praktike përzgjedhjeje duhet të kthehet mbrapsht:  së pari përcaktoni rezolucionin që i nevojitet vërtet sistemit, më pas vlerësoni nëse ferriti i formuar me injeksion mund të sigurojë cilësi të përdorshme të sinjalit në atë numërim të çifteve të poleve.

Gama e ulët e çifteve të poleve (4–12 pole):  Gjatësia e harkut të një pol të vetëm është e madhe dhe fluksi magnetik është i mjaftueshëm, kështu që mungesa e fushës magnetike të dobët të ferritit të derdhur me injeksion kompensohet nga dimensionet gjeometrike. Ky gamë është i përshtatshëm për skenarë që nuk kërkojnë rezolucion të rreptë, por kërkojnë kosto të ulët dhe qëndrueshmëri të mirë, të tilla si motorët e ventilatorit, matësat inteligjentë të ujit dhe BLDC-të e pajisjeve. Në këto aplikacione, roli i çifteve të poleve është më shumë për të siguruar një referencë komutimi sesa një shkallë këndore e saktë.

Gama mesatare e çifteve të poleve (16–32 pole):  Ky është pragu për hyrjen në aplikacionet e nivelit të koduesit. Ferriti i formuar me injeksion mund të ruajë ende një raport të përdorshëm sinjal-zhurmë në këtë gamë, duke e bërë atë të përshtatshëm për reagime me kënd me rezolucion të mesëm, si kodifikuesit e nyjeve të robotëve humanoidë dhe disa reagime ndihmëse servo. Gjatë përzgjedhjes, pika kryesore e verifikimit është  konsistenca e hapit të poleve  dhe jo thjesht ndjekja e një numërimi më të lartë të çifteve të poleve - një unazë magnetike 32 polëshe me shpërndarje uniforme të hapit të poleve mund të arrijë saktësi më të mirë këndore sesa një unazë magnetike 64 polëshe me kufij magnetizimi të paqartë.

Gama më e lartë e çifteve të shtyllave (48–64 pole e lart):  Ferriti i derdhur me injeksion fillon të afrohet me kufijtë e sipërm të procesit dhe materialit. Kjo gamë është më e përshtatshme për  dizajnin me dy pista : pista kryesore është përgjegjëse për pozicionin inkremental ose absolut me rezolucion të lartë, ndërsa gjurma dytësore siguron numërimin e rrotullimeve ose referencën e pozicionit të trashë me numërimin e çifteve të poleve coprime. Unazat magnetike me dy pol 62/64 dhe 126/128 pole, tashmë të disponueshme në treg janë produkte të kësaj qasjeje. Megjithatë, duhet të theksohet se kur numri i çifteve të poleve rritet më tej, dobësimi i fushës sipërfaqësore dhe ndërhyrja ndërpole e ferritit të formuar me injeksion do të degradojë cilësinë e sinjalit. Në këtë pikë,  NdFeB i lidhur është zakonisht zgjidhja më e arsyeshme , pavarësisht kostos së tij më të lartë.

Dy kujtime kryesore për zbatimin inxhinierik

Së pari, përfshini aftësinë e magnetizimit në rishikimin e përzgjedhjes.  Numërimi i çifteve të shtyllave në vizatimin e unazës magnetike është një vlerë e projektimit. Nëse shpërndarja aktuale e poleve magnetike është e njëtrajtshme dhe nëse pozicionet zero ndërpole janë të qarta, varet nga instalimi dhe procesi magnetizues. Përpara përcaktimit të numrit të çifteve të poleve, furnizuesit të magnetit duhet t'i kërkohet të japë  lakoren e matur të shpërndarjes së fushës së sipërfaqes  dhe  të dhënat e konsistencës së lartësisë së poleve  në atë numërim të çifteve të poleve, jo thjesht një skemë të rregullimit të poleve magnetike.

Së dyti, gjurma e dyfishtë nuk është një shkurtore për 'numërimet e poleve të grumbulluara'.  Vlera e pistave të dyfishta qëndron në përdorimin e një kombinimi të numërimit të çifteve të poleve coprime për të marrë njëkohësisht rezolucion të lartë dhe një referencë absolute pozicioni. Megjithatë, ai vendos kërkesa më të larta për shtrirjen e fazave midis dy gjurmëve magnetike dhe për kontrollin e ndërlidhjes së magnetizimit. Nëse numërimi i çifteve të poleve të pistave kryesore dhe dytësore nuk janë zgjedhur në mënyrë të duhur (për shembull, shumë afër njëra-tjetrës), avantazhi i zgjidhjes së pozicionit i sjellë nga bashkëprimaliteti do të kompensohet nga ndërlidhja e sinjalit. Kombinimi i çifteve të poleve të gjurmëve të dyfishta duhet të projektohet së bashku me algoritmin e dekodimit, në vend që të vendoset në mënyrë të njëanshme nga prodhuesi i magnetit.

Thelbi i përzgjedhjes është gjetja e kryqëzimit midis  kërkesave të rezolucionit, aftësisë materiale, dritares së procesit dhe kostos . Ferriti i formuar me injeksion nuk është një 'material unazë magnetike universale'. por kur numërimi i çifteve të poleve shkon përtej 64, përzgjedhësit duhet të përballen me ndershmëri tavanin e performancës magnetike - ose të pranojnë një humbje në cilësinë e sinjalit ose të kthehen në një sistem material me një produkt më të lartë energjie.  Çiftet e shtyllave janë një vizore, por nëse gradimet në vizore janë vizatuar me saktësi varet nëse materiali dhe procesi mund t'i mbështesin ato.