Ako sa prstencové magnety používajú v senzoroch a magnetických zostavách?

Keď pracujete s magnetickými senzormi, rýchlo si uvedomíte, že magnet je viac než len jednoduchá súčiastka – je rozhodujúcim faktorom medzi senzorom, ktorý si dlhodobo udrží svoju presnosť, a senzorom, ktorý začne kolísať už po niekoľkých tisíc cykloch.

Kruhové magnety sú v týchto aplikáciách bežnou voľbou a to z dobrého dôvodu. Ich správny výber – najmä pri zabezpečovaní zdrojov pre výrobu – si však vyžaduje viac než len výber veľkosti z technického listu.

Videl som inžinierov, ktorí na papieri špecifikovali dokonalý prstencový magnet, no narazili na problémy s integráciou, pretože magnetizačný vzor nezodpovedal logike odčítania údajov zo senzora. Poďme si to pozrieť.Riešenia s prstencovými magnetmi pre senzory

 

Rýchly záber

Ideálne pre enkodéry a snímače polohy
Vyžaduje presnú kontrolu magnetizácie
Rozmery ovplyvňujú presnosť systému
Často vyrobené na mieru pre montáže

 

Prečo sa v senzoroch používajú prstencové magnety

Na prvý pohľad vyzerá prstencový magnet jednoducho. Ale ten dutý stred všetko mení.

Stabilné magnetické pole

Tu je preformulovaná verzia, ktorá si zachováva pôvodný význam, ale mení štruktúru a znenie:

V porovnaní s plnými diskovými magnetmi ponúkajú prstencové magnety lepšiu kontrolu a predvídateľnosť magnetického poľa. Ich centrálny otvor umožňuje rovnomerné rozloženie magnetického toku, čo je základná vlastnosť pre Hallove senzory a magnetorezistívne komponenty, ktoré vyžadujú stabilné a opakovateľné výstupy.

Napríklad v rotačných enkodéroch generuje viacpólový prstencový magnet striedavé severojužné póly po svojom obvode. Senzor sníma tieto prechody na určenie uhlovej polohy. Ak je pole nerovnomerné, enkodér stráca presnosť.

Kompaktná integrácia

V zostavách senzorov je vždy málo miesta. S kruhovým magnetom ho môžete priamo nasadiť na hriadeľ a zároveň si zachovať miesto vo vnútri pre ďalšie súčiastky. Nepridávate len ďalší materiál – magnet zabudovávate do mechanickej konštrukcie.

Presne preto sa prstencové magnety používajú všade – od snímačov polohy škrtiacej klapky v automobiloch až po priemyselné servomotory. Riešia problém s umiestnením bez toho, aby si vyžadovali úplnú prepracovanú konštrukciu celej zostavy.

Keď aplikácia vyžaduje spoľahlivý výkon v kompaktnom priestore, riešenia s prstencovými magnetmi pre senzory sú často najpraktickejšou voľbou.

Bežné aplikácie

Prstencové magnety sa objavujú na viacerých miestach, než si väčšina ľudí uvedomuje. Tu je niekoľko prípadov, kde na špecifikáciách skutočne záleží.

Enkodéry

V magnetických enkodéroch premieňajú prstencové magnety rotačný pohyb na digitálne signály. Magnet je zvyčajne zmagnetizovaný niekoľkými pólovými pármi a senzor zaznamenáva prechody, keď sa magnet otáča.

Výzvou je tu presnosť magnetizácie. Ak póly nie sú rovnomerne rozmiestnené, rozlíšenie vášho enkodéra klesá. Pre vysoko presné aplikácie sa pozeráte na vlastné magnetizačné prípravky – nie na bežne dostupné polotovary.

Automatizačné systémy

V automatizovaných montážnych linkách sa prstencové magnety používajú v systémoch spätnej väzby polohy, robotických kĺboch ​​a dokonca aj v magnetických bezpečnostných spínačoch. Tieto prostredia sú neúprosné. Vibrácie, teplotné výkyvy a bludné magnetické polia z blízkych zariadení môžu ovplyvniť výkon.

Mali sme klientov, ktorí vymenili štandardné prstencové magnety za verzie s vysokou koercivitou, len aby udržali svoje systémy stabilné v blízkosti zváracích zariadení. Je to jeden z tých detailov, ktoré sa neprejavia vo fáze prototypu, ale vo veľkom meradle sa stanú kritickými.

Ak sú zahrnuté jednoduchšie požiadavky na axiálne pole,aplikácie valcových magnetovsa tiež často používajú, najmä v menších senzoroch, kde nie je potrebná kruhová konfigurácia.

Kľúčové špecifikácie

Keď hovoríme o prstencových magnetoch pre senzory, tri rozmery sú dôležitejšie ako ktorékoľvek iné.

OD / VN / Hrúbka

Vonkajší priemer určuje, koľko magnetického materiálu máte. Vnútorný priemer ovplyvňuje spôsob upevnenia magnetu na hriadeľ. A hrúbka ovplyvňuje silu poľa v detekčnej vzdialenosti senzora.

Zložitejšie sú tolerancie. Kruhový magnet, ktorý je mierne mimo vnútorného priemeru, nebude správne ležať na hriadeli. Ak je uvoľnený, dochádza k hádzaniu. Ak je príliš utiahnutý, riskujete prasknutie magnetu počas montáže. Pre presné aplikácie zvyčajne špecifikujeme tolerancie až do ±0,05 mm a pred schválením výroby kontrolujeme vzorky pomocou posuvného meradla.

Magnetizácia

Tu smeruje väčšina inžinierskeho úsilia.

Kruhové magnety sa dajú zmagnetizovať rôznymi spôsobmi:
- Axiálne: póly na plochých plochách
- Smer priemeru: severojužný pozdĺž priemeru
-Multipólstriedajúce sa póly po obvode

Pre enkodéry je štandardom viacpólová magnetizácia. Počet pólov však musí zodpovedať rozlíšeniu senzora. 32-pólový prstenec nebude fungovať so senzorom očakávajúcim 16 prechodov na otáčku, pokiaľ neupravíte firmvér alebo úpravu signálu.

Taktiež sme zaznamenali oneskorené projekty, pretože smer magnetizácie nebol zarovnaný s orientáciou senzora. Je to jednoduchý detail, ale ľahko sa prehliadne, keď sa pozornosť zameriava na rozmery a ťažnú silu.

 

Úvahy o výrobe

Objednávanie prstencových magnetov pre zostavy senzorov je iná hra ako získavanie upevňovacích magnetov pre dielňu. Tolerancia chýb je oveľa menšia a náklady na poruchu bývajú výrazne vyššie.

Prototyp s reálnymi pracovnými podmienkami

Vždy odporúčame testovať vzorky magnetov v skutočnom puzdre senzora so skutočnou elektronikou na odčítanie údajov. Kruhový magnet, ktorý funguje dobre na skúšobnom stole, sa môže správať inak, keď je nainštalovaný v blízkosti oceľových montážnych dosiek alebo napájacích káblov.

Jasne špecifikujte magnetizačný vzorec

Kótovaný výkres nestačí. Musíte definovať počet pólov, orientáciu pólov a povolenú uhlovú chybu. Ak tieto údaje nie sú zdokumentované, nechávate priestor na interpretáciu – a práve tam dochádza k nezrovnalostiam.

Zvážte teplotu včas

Štandardné prstencové magnety sa zvyčajne menia na N35SH alebo podobné vysokoteplotné triedy, keď teplota prostredia prekročí 80 °C. Ak je váš senzor namontovaný v blízkosti motora alebo v motorovom priestore, N42, ktorý bol vhodný na výrobu prototypov, by mohol zlyhať pri zaťažení na výrobnej úrovni.

Pýtajte sa správne otázky

Dobrý dodávateľ magnetov sa vás opýta na typ senzora, spôsob montáže a prevádzkové prostredie. Ak nie, je to varovný signál. Výrobcovia nám hovorili: „Je to len prstencový magnet“, až kým sme si neprešli celým procesom a neuvedomili si, že potrebujú viacpólovú magnetizáciu s presnosťou ±2 stupne.

 

Niekoľko vecí, na ktoré si treba dať pozor

Manipulácia a skladovanie
Kruhové magnety – najmä tie s väčším priemerom – môžu byť prekvapivo silné. Videli sme ich prasknúť zo vzdialenosti niekoľkých metrov, čím poškodili magnety aj kohokoľvek v blízkosti. Pri výrobných množstvách sa oplatí naplánovať si, ako sa s nimi bude manipulovať a ako sa budú zmagnetizovať po montáži.

Možnosti náterov
Niklovanie je typickou voľbou, ale ak je vaša zostava senzora vystavená vlhkosti, soľnej hmle alebo čistiacim chemikáliám, pravdepodobne budete potrebovať epoxidové alebo gumené nátery. Zistili sme to po výmene skorodovanej várky – len šesť mesiacov používania vo vonkajšom automatizačnom prostredí.

Magnetizácia po montáži
Pri viacpólových krúžkoch je niekedy lepšie zmagnetizovať po nainštalovaní magnetu do zostavy. Tým sa predíde problémom s nastavením polohy počas prepravy a zabezpečí sa, že póly budú presne tam, kde majú byť vzhľadom na senzor.

 

Záverečné myšlienky

Kruhové magnety sú malou súčasťou zostavy senzora, ale nie sú bežným tovarom. Rozdiel medzi senzorom, ktorý funguje spoľahlivo, a senzorom, ktorý v praxi zlyhá, často závisí od toho, ako dobre bol magnet špecifikovaný – a či výrobný proces skutočne splnil požiadavky návrhu.

Ak zabezpečujete zdroje pre výrobu, venujte čas testovaniu magnetizačných vzorov, overeniu rozmerov a prispôsobeniu triedy magnetu vášmu prevádzkovému prostrediu. Počiatočné úsilie sa vyplatí hneď po prvej dodávke dávky bez porúch poľa.