Hur man läser en B-H-avmagnetiseringskurva för permanenta magneter

Hysteresloopen spårar det magnetiska tillståndet hos ett material när det externa magnetfältet ökas, minskas och vänds:

Första kvadranten (initial magnetisering): B ökar snabbt från noll när magnetiseringsfältet (H) ökar. Vid mättnad når B Br (remanensen).

Andra kvadranten (avmagnetiseringskurva): H reduceras till noll (B faller till Br), vänds sedan (negativ H). Banan i denna kvadrant är avmagnetiseringskurvan-det är där magneten fungerar när den placeras i en krets.

Tredje kvadranten: H fortsätter negativt tills B når noll (Hcb, koercitiviteten), fortsätter sedan till negativ mättnad.

Fjärde kvadranten: H sveper tillbaka till positiv och fullbordar slingan.

För permanentmagnetdesign fokuserar vi uteslutande på den andra kvadranten (avmagnetiseringskurvan). Kurvan visar B vs. -H (avmagnetiseringsfält).

Det finns två kurvor på avmagnetiseringsgrafen:

Normal kurva (B-H-kurva): B (total flödestäthet) vs. H. Detta är kurvan du använder för att beräkna luftgapflödet och flödestätheten i den magnetiska kretsen. Det inkluderar bidraget från magnetens eget fält. Normalkurvan används för att hitta arbetspunkten (Bop och Hop) med lastlinjen.

Inre kurva (J-H eller M-H-kurva): J (magnetisering, eller B - μ0H) vs. H. Denna kurva representerar det faktiska magnetiska momentet för materialet, exklusive avmagnetiseringsfältet. Den inneboende kurvan bestämmer motståndet mot avmagnetisering: knäpunkten är på den inneboende kurvan.

Varför båda spelar roll: En magnet som har en hög Br och en hög normalkurva kan fortfarande vara benägen att avmagnetisera om den inneboende kurvan har ett tidigt knä. För motormagneter (som upplever omvända fält) är den inneboende kurvan viktigare än normalkurvan.

Knäpunkten är där avmagnetiseringskurvan börjar "falla av" kraftigt. Under knäet sjunker magnetens flöde snabbt med en liten ökning av avmagnetiseringsfältet, och avmagnetiseringen är irreversibel-även om det omvända fältet tas bort, återhämtar sig magneten inte helt.

På den inre kurvan är knäet där kurvan börjar sjunka brant. H-värdet vid knäet kallas ofta "inboende koerciviteten" (Hcj) i praktiska termer (även om Hcj är fältet där J=0 är, inte själva knät). För en magnet av hög-kvalitet är knäet nära Hcj. För magneter av lägre-grad kommer knäet långt före Hcj.

För säker drift måste magnetens arbetspunkt alltid ligga ovanför den inre kurvans knä. Om avmagnetiseringsfältet trycker magneten under knät kan irreversibla förluster på 10-50 % uppstå.

Typiska knävärden:

N35: knä vid H ≈ 10 kOe (inneboende kurva); normalkurvan förblir linjär.

N52: knä vid H ≈ 6-7 kOe (inneboende kurva) - högre risk för avmagnetisering.

SmCo 2:17: inneboende kurva har inget knä ner till H=0 - helt linjär, säker i alla omvända fält.

Permeanskoefficienten (även kallad lastlinjelutningen) beskriver hur en magnets magnetiska krets (inklusive luftgap, bakjärn och omgivande material) påverkar arbetspunkten. Det definieras som:

Permeanskoefficient, Pc=B/H (i den andra kvadranten, med enheter för flödestäthet dividerat med fältstyrka).

Hög Pc (brant lastlinje, t.ex. Pc > 10): Magneten arbetar med hög flödestäthet (nära Br) och lågt avmagnetiseringsfält. Detta sker i slutna kretsar med bra bakjärn och små luftspalter. Säker, men utnyttjar magnetens fulla potential.

Låg Pc (platt lastlinje, t.ex. Pc < 1): Magneten arbetar med lägre flödestäthet och högre avmagnetiseringsfält. Detta sker med stora luftspalter eller utan bakjärn. Risk för avmagnetisering.

Så här använder du lastlinjen:

Beräkna permeanskoefficienten från din magnetiska krets geometri (med FEA eller analytiska formler).

Rita en linje från origo på B-H-grafen med lutning Pc.

Skärningspunkten mellan lastlinjen och avmagnetiseringskurvan är arbetspunkten (Bop, Hop).

Kontrollera att denna punkt är ovanför knät på den inneboende kurvan. Om inte kommer magneten att avmagnetisera. Öka magnettjockleken, minska luftgapet eller välj en högre-Hcj-grad.

Exempel: En N42SH-motormagnet (Hcj=20 kOe) med en lastlinje Pc=2. Arbetspunkten är H≈7 kOe, B≈14 kGs. Knäet är på H≈10 kOe. Operationspunkten är -säker ovanför knät. Om Pc sjunker till 1 (stort luftgap) flyttas operationspunkten till H≈12 kOe-under knäet-osäkert. Använd N42UH (Hcj=25 kOe) istället.

För motor- och sensortillverkare tillhandahåller vi FEA-simulering och lastlinjeanalys. Vi rekommenderar den optimala graderingen och geometrin för att säkerställa att arbetspunkten förblir ovanför knäet vid alla driftstemperaturer (inklusive värsta-omvända fält).

För mer om avmagnetiseringskurvor och lastlinjeanalys, besök vår Finite Element Analysis och TechBlog-hemsida på vår webbplats.

För att begära en avmagnetiseringsanalys för din magnetdesign-inklusive val av gradering och beräkning av lastlinje-skicka in din magnetiska kretsgeometri och driftstemperatur till oss. Vårt ingenjörsteam tillhandahåller en fullständig riskrapport för avmagnetisering.

F: Vad är skillnaden mellan Hcb och Hcj?
A: Hcb (koercivitet) är det omvända fältet som krävs för att reducera B till noll (på normalkurvan). Hcj (intrinsic coercivity) är det omvända fältet som krävs för att reducera J (magnetisering) till noll (på den inre kurvan). Hcj är alltid högre än Hcb. Hcj är den bättre indikatorn på avmagnetiseringsresistans.

F: Hur hänger temperatur och avmagnetiseringskurvan ihop?
S: När temperaturen ökar minskar både Br och Hcj. Knäet rör sig lägre på H-axeln och den inneboende kurvan sjunker. För drift med hög-temperatur, välj en grad med tillräckligt med Hcj vid driftstemperaturen. Vi tillhandahåller temperaturkorrigerade-avmagnetiseringskurvor för varje klass.

F: Kan jag avmagnetisera en magnet genom att arbeta under knäet med bara en liten mängd?
A: Ja. Även en kort utflykt under knät orsakar oåterkallelig förlust. Förlusten är proportionell mot området under knät. För säkerhetskritiska-tillämpningar (flyg, fordon) designar vi med en marginal på 20 % över knät vid värsta-fallstemperatur och belastning.