Как прочитать кривую размагничивания B-H для постоянных магнитов

Петля гистерезиса отслеживает магнитное состояние материала при увеличении, уменьшении и изменении внешнего магнитного поля:

Первый квадрант (начальная намагниченность): B быстро увеличивается от нуля по мере увеличения поля намагничивания (H). При насыщении B достигает Br (остаточная намагниченность).

Второй квадрант (кривая размагничивания): H снижается до нуля (B падает до Br), затем меняется на противоположное (отрицательное значение H). Путь в этом квадранте – это кривая размагничивания-, именно здесь действует магнит, включенный в цепь.

Третий квадрант: H остается отрицательным до тех пор, пока B не достигнет нуля (Hcb, коэрцитивная сила), затем продолжает отрицательное насыщение.

Четвертый квадрант: H возвращается в положительное положение, завершая цикл.

При проектировании постоянных магнитов мы ориентируемся исключительно на второй квадрант (кривую размагничивания). Кривая показывает зависимость B от . -H (размагничивающее поле).

На графике размагничивания имеются две кривые:

Нормальная кривая (B-кривая H): B (общая плотность потока) в зависимости от H. Это кривая, которую вы используете для расчета потока в воздушном зазоре и плотности потока в магнитной цепи. Он включает в себя вклад собственного поля магнита. Нормальная кривая используется для определения рабочей точки (Bop и Hop) с линией нагрузки.

Собственная кривая (кривая J-H или M-H): J (намагниченность или B - µ0H) в зависимости от H. Эта кривая представляет фактический магнитный момент материала, исключая размагничивающее поле. Внутренняя кривая определяет устойчивость к размагничиванию: точка перегиба находится на внутренней кривой.

Почему важно и то, и другое: магнит с высоким значением Br и высокой нормальной кривой все равно может быть склонен к размагничиванию, если внутренняя кривая имеет ранний излом. Для магнитов двигателя (которые испытывают противоположные поля) собственная кривая более важна, чем нормальная кривая.

Точка перегиба – это место, где кривая размагничивания начинает резко «падать». Ниже колена магнитный поток быстро падает при небольшом увеличении размагничивающего поля, и размагничивание необратимо-даже если обратное поле убрать, магнит не восстанавливается полностью.

На внутренней кривой колено — это место, где кривая начинает круто падать. Значение H на колене на практике часто называют «внутренней коэрцитивностью» (Hcj) (хотя Hcj — это поле, в котором J=0, а не само колено). Для высококачественного магнита-изгиб близок к Hcj. Для магнитов более низкого-класса излом возникает задолго до Hcj.

Для безопасной работы рабочая точка магнита всегда должна находиться выше колена собственной кривой. Если размагничивающее поле толкнет магнит ниже колена, могут произойти необратимые потери в размере 10-50%.

Типичные значения колена:

N35: перегиб при H ≈ 10 кЭ (собственная кривая); нормальная кривая остается линейной.

N52: перегиб при H ≈ 6-7 кЭ (собственная кривая) – повышенный риск размагничивания.

SmCo 2:17: внутренняя кривая не имеет колена до H=0 -, полностью линейна, безопасна в любом обратном поле.

Коэффициент магнитной проницаемости (также называемый наклоном линии нагрузки) описывает, как магнитная цепь магнита (включая воздушные зазоры, заднее железо и окружающие материалы) влияет на рабочую точку. Это определяется как:

Коэффициент магнитной проницаемости, Pc= B/H (во втором квадранте, в единицах плотности потока, разделенных на напряженность поля).

Высокий Pc (крутая линия нагрузки, например, Pc > 10): Магнит работает при высокой плотности потока (около Br) и низком размагничивающем поле. Это происходит в закрытых контурах с хорошим задним железом и небольшими воздушными зазорами. Безопасно, но использует весь потенциал магнита.

Низкий Pc (плоская линия нагрузки, например, Pc < 1): Магнит работает при более низкой плотности потока и более высоком размагничивающем поле. Это происходит при больших воздушных зазорах или отсутствии заднего железа. Риск размагничивания.

Чтобы использовать линию нагрузки:

Рассчитайте коэффициент магнитной проницаемости на основе геометрии магнитной цепи (используя FEA или аналитические формулы).

Нарисуйте линию из начала координат на графике B-H с наклоном Pc.

Пересечение линии нагрузки с кривой размагничивания является рабочей точкой (Bop, Hop).

Убедитесь, что эта точка находится выше колена внутренней кривой. В противном случае магнит размагничивается. Увеличьте толщину магнита, уменьшите воздушный зазор или выберите более высокий класс-Hcj.

Пример: Магнит двигателя N42SH (Hcj=20 кЭ) с линией нагрузки Pc=2.. Рабочая точка находится при H≈7 кЭ, B≈14 кГс. Излом находится при H≈10 кЭ. Рабочая точка находится выше колена-безопасна. Если Pc падает до 1 (большой воздушный зазор), рабочая точка перемещается до H≈12 кЭ-ниже колена-небезопасно. Вместо этого используйте N42UH (Hcj=25 кЭ).

Производителям двигателей и датчиков мы предлагаем моделирование FEA и анализ линии нагрузки. Мы рекомендуем оптимальный сплав и геометрию, чтобы рабочая точка оставалась выше колена при всех рабочих температурах (включая наихудший-случай обратного поля).

Для получения дополнительной информации о кривых размагничивания и анализе линий нагрузки посетите нашу домашнюю страницу «Анализ методом конечных элементов» и TechBlog на нашем веб-сайте.

Чтобы запросить анализ размагничивания вашей конструкции магнита,-включая выбор марки и расчет линии нагрузки-, пришлите нам геометрию магнитной цепи и рабочую температуру. Наша команда инженеров предоставляет полный отчет о рисках размагничивания.

Вопрос: В чем разница между Hcb и Hcj?
A: Hcb (коэрцитивность) — это обратное поле, необходимое для уменьшения B до нуля (на нормальной кривой). Hcj (собственная коэрцитивность) — это обратное поле, необходимое для уменьшения J (намагниченность) до нуля (на внутренней кривой). Hcj всегда выше, чем Hcb. Hcj является лучшим индикатором сопротивления размагничиванию.

Вопрос: Как связаны температура и кривая размагничивания?
Ответ: С повышением температуры Br и Hcj уменьшаются. Колено перемещается ниже по оси H-, и внутренняя кривая падает. Для работы при высоких-температурах выберите марку с достаточным количеством Hcj при рабочей температуре. Мы предоставляем кривые размагничивания-с поправкой на температуру для каждого класса.

Вопрос: Могу ли я размагнитить магнит, слегка поработав ниже колена?
А: Да. Даже кратковременное смещение ниже колена приводит к необратимым потерям. Утрата пропорциональна площади ниже колена. Для приложений,-критических к безопасности (аэрокосмическая промышленность, автомобилестроение), мы проектируем с запасом 20 % выше колена при наихудших-температурах и нагрузках.