Как се използват пръстеновидните магнити в сензори и магнитни сглобки?

Когато работите с магнитни сензори, бързо осъзнавате, че магнитът е нещо повече от обикновена част – той е решаващият фактор между сензор, който запазва точността си в дългосрочен план, и такъв, който започва да се отклонява само след няколко хиляди цикъла.

Пръстеновидните магнити са често срещан избор в тези приложения и то с основание. Но правилното им подбиране – особено когато се набавят материали за производство – изисква повече от избор на размер от информационен лист.

Виждал съм инженери да описват на хартия перфектния пръстеновиден магнит, само за да се сблъскат с проблеми с интеграцията, защото моделът на намагнитване не съответства на логиката на отчитане на сензора. Нека разгледаме.решения с пръстеновидни магнити за сензори

 

Бързо вземане

Идеален за енкодери и сензори за положение
Изискват прецизен контрол на намагнитването
Размерите влияят на точността на системата
Често се изработват по поръчка за сглобки

 

Защо пръстеновидните магнити се използват в сензорите

На пръв поглед пръстеновидният магнит изглежда прост. Но тази куха среда променя всичко.

Стабилно магнитно поле

Ето преформулирана версия, която запазва оригиналното значение, като същевременно променя структурата и формулировката:

В сравнение с магнитите с плътни дискове, пръстеновидните магнити предлагат превъзходен контрол и предвидимост на магнитното поле. Централният им отвор позволява равномерно разпределение на магнитния поток, което е съществена характеристика за сензорите на Хол и магниторезистивните компоненти, които изискват стабилни и повтаряеми изходи.

В ротационните енкодери, например, многополюсен пръстеновиден магнит генерира редуващи се северно-южни полюси около своята обиколка. Сензорът отчита тези преходи, за да определи ъгловото положение. Ако полето е неравномерно, вашият енкодер губи точност.

Компактна интеграция

Пространството в сензорните сглобки винаги е ограничено. С пръстеновиден магнит можете да го поставите директно върху вал, като същевременно имате място вътре за други части. Вие не просто добавяте допълнителен материал – вие вграждате магнита в механичната структура.

Именно затова пръстеновидните магнити се използват навсякъде – от сензори за положение на дросела в автомобилите до промишлени серво мотори. Те решават проблема с разположението, без да изискват пълно препроектиране на целия монтаж.

Когато дадено приложение изисква надеждна работа в компактно пространство, решенията с пръстеновидни магнити за сензори често са най-практичният избор.

Често срещани приложения

Пръстеновидните магнити се появяват на повече места, отколкото повечето хора осъзнават. Ето няколко, където спецификациите действително са от значение.

Енкодери

В магнитните енкодери, пръстеновидните магнити превръщат въртеливото движение в цифрови сигнали. Обикновено магнитът е намагнетизиран с няколко двойки полюси и сензорът отчита преходите, докато магнитът се върти.

Предизвикателството тук е прецизността на намагнитването. Ако полюсите не са разположени равномерно, разделителната способност на вашия енкодер намалява. За приложения с висока прецизност се използват персонализирани приспособления за намагнитване, а не готови заготовки.

Системи за автоматизация

В автоматизираните монтажни линии, пръстеновидните магнити се използват в системи за обратна връзка по позицията, роботизирани съединения и дори магнитни предпазни превключватели. Тези среди са сурови. Вибрациите, температурните колебания и разсеяните магнитни полета от близкото оборудване могат да повлияят на производителността.

Имали сме клиенти, които сменяли стандартни пръстеновидни магнити с версии с висока коерцитивност, само за да поддържат системите си стабилни в близост до заваръчно оборудване. Това е един от онези детайли, които не се проявяват във фазата на прототип, но стават критични в голям мащаб.

Когато са включени по-прости изисквания за аксиално поле,приложения на цилиндрични магнитисъщо се използват често, особено в по-малки сензори, където не е необходима пръстеновидна конфигурация.

Ключови спецификации

Когато говорим за пръстеновидни магнити за сензори, трите измерения са по-важни от всички останали.

Външен диаметър / Вътрешен диаметър / Дебелина

Външният диаметър определя колко магнитен материал имате. Вътрешният диаметър влияе върху начина, по който магнитът се монтира към вала. А дебелината влияе върху силата на полето на разстоянието на детектиране на сензора.

Сложността е в допустимите отклонения. Пръстеновиден магнит, който е леко отклонен от вътрешния си диаметър, няма да седне правилно на вала. Ако е хлабав, ще се получи биене. Ако е твърде стегнат, рискувате да напукате магнита по време на монтажа. Обикновено определяме допустими отклонения до ±0,05 мм за прецизни приложения и проверяваме пробите с шублери, преди да одобрим производството.

Намагнитване

Тук отиват по-голямата част от инженерните усилия.

Пръстеновидните магнити могат да се намагнетизират по различни начини:
- Аксиално: полюси на плоските повърхности
- Посока на диаметъра: север-юг по диаметъра
-Многополюсенредуващи се полюси по обиколката

За енкодерите многополюсното намагнитване е стандартно. Но броят на полюсите трябва да съответства на разделителната способност на сензора. 32-полюсен пръстен няма да работи със сензор, очакващ 16 прехода на оборот, освен ако не коригирате фърмуера или обработката на сигнала.

Виждали сме и проекти, забавени поради несъответствие на посоката на намагнитване с ориентацията на сензора. Това е прост детайл, но е лесно да се пропусне, когато фокусът е върху размерите и силата на опън.

 

Производствени съображения

Поръчването на пръстеновидни магнити за сензорни сглобки е различна задача от намирането на задържащи магнити за производствен цех. Толерансът на грешки е много по-малък, а цената на повредата е значително по-висока.

Прототип с реални работни условия

Винаги препоръчваме тестване на магнитни проби в действителния корпус на сензора, с действителната електроника за отчитане. Пръстеновиден магнит, който работи добре на стенда, може да се държи различно, след като е инсталиран близо до стоманени монтажни плочи или захранващи кабели.

Ясно посочете модела на намагнитване

Оразмерен чертеж не е достатъчен. Трябва да дефинирате броя на полюсите, ориентацията на полюсите и допустимата ъглова грешка. Ако те не са документирани, оставяте място за интерпретация – и точно там се появяват несъответствия.

Обмислете температурата рано

Стандартните пръстеновидни магнити обикновено преминават към N35SH или подобни високотемпературни класове, след като температурата на околната среда надвиши 80°C. Ако вашият сензор е монтиран близо до двигател или в двигателния отсек, N42, който е бил подходящ за създаване на прототип, може да се повреди при натоварване на производствено ниво.

Задавайте правилните въпроси

Добрият доставчик на магнити ще ви попита за типа на вашия сензор, метода на монтаж и работната среда. Ако не го направи, това е червен флаг. Имали сме производители, които ни казваха „това е просто пръстеновиден магнит“, докато не разгледахме приложението и не осъзнахме, че се нуждаят от многополюсно намагнитване с точност от ±2 градуса.

 

Няколко неща, за които да внимавате

Работа и съхранение
Пръстеновидните магнити – особено тези с по-големи диаметри – могат да бъдат изненадващо силни. Виждали сме как се щракват от няколко метра разстояние, повреждайки както магнитите, така и всички наблизо. За производствени количества си струва да планирате как ще се борави с тях и как ще се намагнетизират след сглобяването.

Избор на покритие
Никелирането е типичен избор, но ако вашият сензорен модул е ​​изложен на влага, солен спрей или почистващи химикали, вероятно ще ви е необходимо епоксидно или гумено покритие. Открихме това след като сменихме корозирала партида - само шест месеца след началото на употреба в среда за автоматизация на открито.

Намагнитване след сглобяване
При многополюсните пръстени понякога е по-добре да се извърши намагнетизиране, след като магнитът е монтиран в сглобката. Това избягва проблеми с подравняването по време на доставка и гарантира, че полюсите са точно там, където трябва да бъдат спрямо сензора.

 

Заключителни мисли

Пръстеновидните магнити са малка част от сензорния възел, но не са стока. Разликата между сензор, който работи надеждно, и такъв, който се поврежда в полеви условия, често се свежда до това колко добре е бил спецификиран магнитът – и дали производственият процес действително е постигнал това, което е било проектирано.

Ако търсите материали за производство, отделете време, за да тествате моделите на намагнитване, да проверите размерите и да съобразите класа на магнита с вашата работна среда. Предварителните усилия се отплащат още първия път, когато изпратите партида без повреди на полето.