Kako se obročasti magneti uporabljajo v senzorjih in magnetnih sklopih?

Ko delate z magnetnimi senzorji, hitro spoznate, da magnet ni le preprost del – je odločilni dejavnik med senzorjem, ki dolgoročno ohranja svojo natančnost, in senzorjem, ki začne odstopati že po nekaj tisoč ciklih.

Obročasti magneti so v teh aplikacijah pogosta izbira in to z dobrim razlogom. Vendar pa njihova pravilna izbira – še posebej, ko iščete vire za proizvodnjo – zahteva več kot le izbiro velikosti iz podatkovnega lista.

Videl sem že inženirje, ki so na papirju specifikacijirali popoln obročasti magnet, a so naleteli na težave z integracijo, ker vzorec magnetizacije ni ustrezal logiki odčitavanja senzorja. Poglejmo si to.rešitve z obročastimi magneti za senzorje

 

Hitri posnetek

Idealno za enkoderje in senzorje položaja
Zahteva natančen nadzor magnetizacije
Dimenzije vplivajo na natančnost sistema
Pogosto izdelano po meri za sestave

 

Zakaj se obročasti magneti uporabljajo v senzorjih

Na prvi pogled je obročasti magnet videti preprost. Toda ta votla sredica spremeni vse.

Stabilno magnetno polje

Tukaj je preoblikovana različica, ki ohranja prvotni pomen, vendar spreminja strukturo in besedilo:

V primerjavi s polnimi diskovnimi magneti obročasti magneti ponujajo boljši nadzor in predvidljivost magnetnega polja. Njihova centralna izvrtina omogoča enakomerno porazdelitev magnetnega fluksa, kar je bistvena lastnost za Hallove senzorje in magnetorezistivne komponente, ki zahtevajo stabilne in ponovljive izhode.

V rotacijskih dajalnikih na primer večpolni obročasti magnet ustvarja izmenične severno-južne pola okoli svojega oboda. Senzor odčita te prehode, da določi kotni položaj. Če je polje neenakomerno, dajalnik izgubi natančnost.

Kompaktna integracija

V senzorskih sklopih je vedno malo prostora. Z obročastim magnetom ga lahko namestite neposredno na gred, hkrati pa pustite prostor v notranjosti za druge dele. Ne dodajate le dodatnega materiala – magnet vgrajujete v mehansko strukturo.

Prav zato se obročasti magneti uporabljajo povsod – od senzorjev položaja plina v avtomobilih do industrijskih servo motorjev. Rešujejo problem namestitve, ne da bi zahtevali popolno prenovo celotnega sklopa.

Kadar aplikacija zahteva zanesljivo delovanje v kompaktnem prostoru, so rešitve z obročastimi magneti za senzorje pogosto najbolj praktična izbira.

Pogoste uporabe

Obročni magneti se pojavljajo na več mestih, kot si večina ljudi misli. Tukaj je nekaj primerov, kjer so specifikacije dejansko pomembne.

Dajalniki

V magnetnih dajalnikih obročasti magneti pretvarjajo rotacijsko gibanje v digitalne signale. Magnet je običajno magnetiziran z več pari polov, senzor pa beleži prehode, ko se magnet vrti.

Izziv je natančnost magnetizacije. Če poli niso enakomerno razporejeni, se ločljivost dajalnika zmanjša. Za visoko natančne aplikacije potrebujete magnetizacijske vpenjalne elemente po meri – ne standardnih izdelkov.

Sistemi za avtomatizacijo

V avtomatiziranih montažnih linijah se obročasti magneti uporabljajo v sistemih za povratno zanko položaja, robotskih spojih in celo v magnetnih varnostnih stikalih. Ta okolja so neizprosna. Vibracije, temperaturne nihanja in zablodela magnetna polja bližnje opreme lahko vplivajo na delovanje.

Stranke so nam že zamenjale standardne obročaste magnete z različicami z visoko koercitivnostjo, samo da bi ohranile stabilnost svojih sistemov v bližini varilne opreme. To je ena tistih podrobnosti, ki se ne pokaže v fazi prototipa, postane pa ključna v velikem obsegu.

Ko so vključene enostavnejše zahteve glede aksialnega polja,Uporaba valjastih magnetovse pogosto uporabljajo, zlasti v manjših senzorjih, kjer obročasta konfiguracija ni potrebna.

Ključne specifikacije

Ko govorimo o obročastih magnetih za senzorje, so tri dimenzije pomembnejše od vseh drugih.

Zunanji premer / notranji premer / debelina

Zunanji premer določa, koliko magnetnega materiala imate. Notranji premer vpliva na to, kako se magnet pritrdi na gred. Debelina pa vpliva na jakost polja na razdalji zaznavanja senzorja.

Zapleteno je pri tolerancah. Obročasti magnet, ki je nekoliko odmaknjen od notranjega premera, ne bo pravilno nameščen na gredi. Če je ohlapen, pride do oprijema. Če je pretesen, tvegate, da se magnet med montažo razpoka. Za natančne aplikacije običajno določimo tolerance do ±0,05 mm, vzorce pa pred odobritvijo proizvodnje preverimo s pomično merilo.

Magnetizacija

Tukaj gre večina inženirskega truda.

Obročaste magnete je mogoče magnetizirati na različne načine:
- Aksialno: poli na ravnih ploskvah
- Smer premera: sever-jug vzdolž premera
-Večpolni: izmenični poli po obodu

Za dajalnike je večpolna magnetizacija standardna. Vendar se mora število polov ujemati z ločljivostjo senzorja. 32-polni obroč ne bo deloval s senzorjem, ki pričakuje 16 prehodov na vrtljaj, razen če prilagodite vdelano programsko opremo ali obdelavo signala.

Videli smo tudi projekte, ki so se zavlekli zaradi napačne usmeritve senzorja v smeri magnetizacije. Gre za preprosto podrobnost, ki pa jo je enostavno spregledati, ko se osredotočimo na dimenzije in vlečno silo.

 

Proizvodni vidiki

Naročanje obročastih magnetov za senzorske sklope je nekaj povsem drugega kot iskanje držalnih magnetov za proizvodno delavnico. Toleranca za napake je veliko manjša, stroški okvare pa so običajno bistveno višji.

Prototip z resničnimi delovnimi pogoji

Vedno priporočamo testiranje vzorcev magnetov v dejanskem ohišju senzorja, z dejansko elektroniko za odčitavanje. Obročasti magnet, ki deluje brezhibno na preskusni mizi, se lahko obnaša drugače, ko je nameščen v bližini jeklenih montažnih plošč ali napajalnih kablov.

Jasno navedite vzorec magnetizacije

Dimenzijska risba ni dovolj. Določiti morate število polov, orientacijo polov in dovoljeno kotno napako. Če to ni dokumentirano, puščate prostor za interpretacijo – in tu pride do neskladij.

Upoštevajte temperaturo zgodaj

Standardni obročasti magneti se običajno premaknejo na N35SH ali podobne visokotemperaturne razrede, ko temperatura okolja preseže 80 °C. Če je vaš senzor nameščen v bližini motorja ali v motornem prostoru, lahko N42, ki je bil primeren za izdelavo prototipov, odpove pod obremenitvijo na ravni proizvodnje.

Postavljajte prava vprašanja

Dober dobavitelj magnetov vas bo vprašal o vrsti senzorja, načinu namestitve in delovnem okolju. Če vas ne vpraša, je to opozorilo. Proizvajalci so nam govorili: "To je samo obročasti magnet", dokler nismo pregledali aplikacije in ugotovili, da potrebujejo večpolno magnetizacijo z natančnostjo ±2 stopinji.

 

Nekaj ​​stvari, na katere morate biti pozorni

Ravnanje in skladiščenje
Obročasti magneti – zlasti večji premeri – so lahko presenetljivo močni. Videli smo, kako so se zlomili skupaj z razdalje nekaj metrov in poškodovali tako magnete kot vse v bližini. Pri proizvodnih količinah je vredno načrtovati, kako se bodo z njimi ravnali in kako jih bodo magnetizirali po sestavljanju.

Izbira premazov
Nikljanje je tipična izbira, če pa je vaš senzor izpostavljen vlagi, solni pršici ali čistilnim kemikalijam, boste verjetno potrebovali epoksidne ali gumijaste premaze. To smo odkrili po zamenjavi korodirane serije – le šest mesecev uporabe v zunanjem avtomatiziranem okolju.

Magnetizacija po montaži
Pri večpolnih obročih je včasih bolje magnetizirati po namestitvi magneta v sklop. S tem se izognete težavam s poravnavo med transportom in zagotovite, da so poli natančno tam, kjer morajo biti glede na senzor.

 

Zaključne misli

Obročni magneti so majhen del senzorskega sklopa, vendar niso potrošniško blago. Razlika med senzorjem, ki deluje zanesljivo, in senzorjem, ki na terenu odpove, je pogosto odvisna od tega, kako dobro je bil magnet specificiran – in ali je proizvodni proces dejansko izpolnil zasnovo.

Če iščete dobavitelja za proizvodnjo, si vzemite čas za testiranje vzorcev magnetizacije, preverjanje dimenzij in prilagajanje razreda magneta vašemu delovnemu okolju. Začetni trud se obrestuje že ob prvi odpremi serije brez okvar na polju.