Парови магнетних полова: превише је расипно, премало је недовољно — где су границе избора феритних дискова убризганих?

Приликом одабира магнетни енкодер дискови , уобичајена интуиција је: што је већи број парова полова, већа је резолуција и боље перформансе. На нивоу сензора, ова пресуда је широко важећа. Али када се магнетни материјал фиксира као бризгани ферит, ситуација постаје нијансиранија. Плафон магнетних перформанси бризганог ферита, границе процеса вишеполне магнетизације и лако занемарена чињеница да 'резолуција = тачност' заједно цртају криву избора која није једноставно 'што већа, то боља'.

Прво, разјасните премису: резолуција није једнака тачности

Литература о примени ТИ даје концизан однос: када се користи једна Холова реза, импулси по обртају једнаки су броју парова полова магнета; када се користе две Холове резе за квадратурно декодирање, број по обртају је двоструко већи од броја полова. Из перспективе 'степеновања', парови полова директно одређују најмањи угаони корак који систем може да реши.

Али подсетник из пројекта магнетног енкодера отвореног кода заслужује пажњу сваког селектора: 'Резолуција != Тачност'—можете да добијете теоријску резолуцију од 0,017°/корак при нагибу пола од 2,4 мм, али ови кораци нису равномерно мапирани по обиму. Другим речима,  парови полова одређују „колико су фине градације“, а не „колико су прецизно повучене градације“.  Угаона грешка долази од конзистентности нагиба полова, јасноће границе магнетизације, ексцентрицитета инсталације сензора и униформности материјала самог магнета. Сами парови стубова не елиминишу ове грешке; уместо тога, они их могу појачати како се број парова полова повећава.

„Плафон магнетних перформанси“ од бризганог ферита

Позиционирање ферита ливеног убризгавањем је јасно: он је убризган од феритног праха (обично стронцијум ферита) комбинованог са полимерном матрицом као што је најлон ПА12/ПА6. Његове предности леже у интегрисаном обликовању сложених облика, доброј конзистентности димензија, отпорности на корозију и ниској цени, али његове магнетне перформансе су на нижем нивоу међу најчешће коришћеним материјалима магнета за енкодере.

Што се тиче специфичних података, заостала индукција Бр ферита бризганог убризгавањем је отприлике  1,7–3,0 кГс , интринзична коерцитивност Хци је око  2,3–4,0 кОе , а максимални енергетски производ БХмак је око  1–2,2 МГОе . За референцу, Бр везаног НдФеБ је типично  4,5–7,5 кГс , а БХмак може достићи  5–8 МГОе  или чак више. То значи да је, под истим ваздушним јазом сензора и прагом детекције, „снага сигнала“ магнетног поља коју бризгани ферит може да обезбеди очигледно слабија од оне код НдФеБ система.

Подаци о површинском магнетном пољу после вишеполне магнетизације даље илуструју ограничење: површинско магнетно поље танкослојног унутрашњег пречника оријентисаних ињекцијско ливених феритних вишеполних магнетних прстенова је око  600–1100 Гс , док анизотропни синтеровани ферит може постићи веће вредности. Како се број парова полова повећава и ширина лука сваког појединачног пола сужава, „подручје“ доступно за успостављање магнетног поља се смањује, ефекти ивица и међуполна суперпозиција магнетног поља постају значајнији, а однос сигнал-шум се додатно погоршава.  Ово није проблем који се може решити подешавањем струје магнетизатора; радије, то је мека горња граница наметнута енергетским производом материјала на број парова полова.

Геометријска ограничења између корака, дебљине и парова полова

Емпиријски однос дат у европском патенту је прилично поучан: дебљина елемента који се магнетизује треба да буде око  1,25 пута већи од корака полова  (±25%), што одговара опсегу дебљине од око 0,3–1,5 мм; сам корак стуба је реда величине  0,25–1,25 мм . Ово геометријско ограничење везује број парова полова за пречник диска: за дати пречник, што је већи број парова полова, мањи је корак полова и тања је потребна дебљина магнета.

За бризгани ферит, стањивање зида додатно компримира ефективни магнетни флукс. У исто време, када се нагиб полова смањи на ниво испод милиметра, прозор толеранције за прецизност главе магнетног учвршћења и дизајн магнетног кола се брзо сужава. Индустријски материјали јасно истичу да што је већи број полова, то је мања ширина једнополног лука и већи су захтеви за прецизност главе магнетног учвршћења и дизајн магнетног кола. проблеми као што су  недовољно засићење на врховима полова, изобличење магнетног поља и померање нулте позиције међу половима . Тада ће се појавити

Ово објашњава зашто су уобичајене спецификације магнетних прстенова за бризгање феритних енкодера на тржишту концентрисане на позицијама као што су  62/64 полови и 126/128 полови , уместо да се наслагају навише на неодређено време. Ове позиције су тачке равнотеже које су већ прошле кроз инжењерску конвергенцију између перформанси материјала, процеса магнетизације и цене.

Логика одабира: радите уназад од 'колико је фино потребно' до 'колико високо се може направити'

Практичан пут избора би требало да буде обрнут:  прво одредите резолуцију која је заиста потребна систему, а затим процените да ли бризгани ферит може да обезбеди употребљив квалитет сигнала при том броју парова полова.

Низак опсег пара полова (4–12 полова):  Дужина лука једног пола је велика, а магнетни флукс је довољан, тако да се недостатак слабог магнетног поља ферита који је убризган убризгавањем надокнађен геометријским димензијама. Овај опсег је погодан за сценарије који не захтевају строгу резолуцију, али захтевају ниску цену и добру доследност, као што су мотори вентилатора, паметни водомери и БЛДЦ уређаји. У овим применама, улога парова полова је више да обезбеде референцу комутације него прецизну угаону скалу.

Средњи опсег пара полова (16–32 пола):  Ово је праг за улазак у апликације на нивоу енкодера. Ињекциони ферит још увек може да одржи употребљив однос сигнал-шум у овом опсегу, што га чини погодним за повратне информације углова средње резолуције, као што су хуманоидни роботски зглобни кодери и неке серво помоћне повратне информације. Током избора, кључна ставка за верификацију је  конзистентност нагиба полова  , а не само тражење већег броја парова полова — 32-полни магнетни прстен са равномерном дистрибуцијом нагиба полова може постићи бољу угаону тачност од 64-полног магнетног прстена са замагљеним границама магнетизације.

Већи опсег пара полова (48–64 пола и више):  Убризгавањем ферит почиње да се приближава горњим границама процеса и материјала. Овај опсег је боље прилагођен  дизајну са два колосека : главна стаза је одговорна за инкрементални или апсолутни положај високе резолуције, док секундарни колосек обезбеђује број обртаја или грубу референцу положаја са коприменим бројем парова полова. 62/64-полни и 126/128-полни двоструки магнетни прстенови који су већ доступни на тржишту су производи овог приступа. Међутим, треба напоменути да када се број парова полова даље повећава, слабљење површинског поља и интер-полна интерференција ферита убризганог ферита ће погоршати квалитет сигнала. У овом тренутку,  везани НдФеБ је обично разумнији избор , упркос вишој цени.

Два кључна подсетника за инжењерску имплементацију

Прво, укључите могућност магнетизације у преглед избора.  Број парова полова на цртежу магнетног прстена је дизајнерска вредност. Да ли је стварна расподела магнетних полова уједначена и да ли су нулте позиције међу половима јасне зависи од уређаја за магнетизирање и процеса. Пре одређивања броја парова полова, од добављача магнета треба тражити да обезбеди  измерену криву расподеле површинског поља  и  податке о конзистентности корака полова  при том броју парова полова, а не само шему распореда магнетних полова.

Друго, дуал-трацк није пречица за „слагање полова“.  Вредност дуал-трацк лежи у коришћењу комбинације међусобног броја парова полова да би се истовремено добила висока резолуција и апсолутна референтна позиција. Међутим, поставља веће захтеве за фазно поравнање између две магнетне стазе и контролу преслушавања магнетизације. Ако је број парова полова главног и секундарног колосека неправилно одабран (на пример, преблизу један другом), предност у решавању положаја коју доноси копрималност биће компензована преслушавањем сигнала. Комбинација два пара полова треба да се дизајнира заједно са алгоритмом за декодирање, а не да је једнострано одлучује произвођач магнета.

Суштина избора је да се пронађе пресек између  захтева за резолуцијом, материјалних могућности, прозора процеса и цене . Ињекционо ливени ферит није „универзални материјал магнетног прстена“. Он пружа високо исплативо решење у распону пар полова са ниским до средњим; али када број парова полова напредује преко 64, селектори морају искрено да се суоче са плафоном магнетних перформанси – или прихвате губитак квалитета сигнала или се окрену материјалном систему са већим енергетским производом.  Парови стубова су лењир, али да ли су градације на лењиру тачно нацртане зависи од тога да ли материјал и процес могу да их подрже.