La anatomía de un bucle de histéresis
El bucle de histéresis traza el estado magnético de un material a medida que el campo magnético externo aumenta, disminuye y se invierte:
Primer cuadrante (magnetización inicial): B aumenta rápidamente desde cero a medida que aumenta el campo magnetizante (H). En la saturación, B alcanza Br (la remanencia).
Segundo cuadrante (curva de desmagnetización): H se reduce a cero (B cae a Br), luego se invierte (H negativo). El camino en este cuadrante es la curva de desmagnetización-aquí es donde opera el imán cuando se coloca en un circuito.
Tercer cuadrante: H continúa negativo hasta que B llega a cero (Hcb, la coercitividad), luego continúa hasta la saturación negativa.
Cuarto cuadrante: H regresa a positivo, completando el ciclo.
Para el diseño de imanes permanentes, nos centramos exclusivamente en el segundo cuadrante (la curva de desmagnetización). La curva muestra B frente a . -H (campo desmagnetizante).
Diferenciar entre la curva normal y la curva intrínseca
Hay dos curvas en el gráfico de desmagnetización:
Curva normal (Curva B-H): B (densidad de flujo total) frente a H. Esta es la curva que se utiliza para calcular el flujo del entrehierro y la densidad de flujo en el circuito magnético. Incluye el aporte del propio campo del imán. La curva normal se utiliza para encontrar el punto de operación (Bop y Hop) con la línea de carga.
Curva intrínseca (curva J-H o M-H): J (magnetización, o B - μ0H) frente a H. Esta curva representa el momento magnético real del material, excluyendo el campo desmagnetizante. La curva intrínseca determina la resistencia a la desmagnetización: el punto de inflexión está en la curva intrínseca.
Por qué son importantes ambos: un imán que tiene un Br alto y una curva normal alta aún puede ser propenso a la desmagnetización si la curva intrínseca tiene una rodilla temprana. Para los imanes de motor (que experimentan campos inversos), la curva intrínseca es más importante que la curva normal.
Identificación del punto de inflexión (rodilla de la curva de desmagnetización)
El punto de inflexión es donde la curva de desmagnetización comienza a "caer" bruscamente. Debajo de la rodilla, el flujo del imán cae rápidamente con un pequeño aumento en el campo desmagnetizador, y la desmagnetización es irreversible-incluso si se elimina el campo inverso, el imán no se recupera por completo.
En la curva intrínseca, la rodilla es donde la curva comienza a caer abruptamente. El valor de H en la rodilla a menudo se denomina "coercitividad intrínseca" (Hcj) en términos prácticos (aunque Hcj es el campo en el que J=0, no la rodilla en sí). Para un imán de alta-calidad, la rodilla está cerca de Hcj. En el caso de los imanes de menor-grado, la rodilla se produce mucho antes que Hcj.
Para un funcionamiento seguro, el punto de funcionamiento del imán siempre debe permanecer por encima del codo de la curva intrínseca. Si el campo desmagnetizador empuja el imán por debajo de la rodilla, pueden producirse pérdidas irreversibles del 10 al 50%.
Valores típicos de rodilla:
N35: rodilla en H ≈ 10 kOe (curva intrínseca); La curva normal permanece lineal.
N52: rodilla en H ≈ 6-7 kOe (curva intrínseca) - mayor riesgo de desmagnetización.
SmCo 2:17: la curva intrínseca no tiene rodilla hasta H=0 - completamente lineal, segura en cualquier campo inverso.
Líneas de carga (coeficiente de permeabilidad): predicción del comportamiento del imán en ensamblajes
El coeficiente de permeancia (también llamado pendiente de la línea de carga) describe cómo el circuito magnético de un imán (incluidos los espacios de aire, el hierro posterior y los materiales circundantes) afecta el punto de operación. Se define como:
Coeficiente de permeabilidad, Pc=B/H (en el segundo cuadrante, con unidades de densidad de flujo divididas por la intensidad del campo).
Pc alta (línea de carga pronunciada, por ejemplo, Pc > 10): el imán opera con una densidad de flujo alta (cerca de Br) y un campo desmagnetizante bajo. Esto ocurre en circuitos cerrados con buen hierro trasero y pequeños espacios de aire. Seguro, pero utiliza todo el potencial del imán.
Pc baja (línea de carga plana, por ejemplo, Pc < 1): el imán opera con una densidad de flujo más baja y un campo desmagnetizante más alto. Esto ocurre con grandes espacios de aire o sin hierro trasero. Riesgo de desmagnetización.
Para usar la línea de carga:
Calcule el coeficiente de permeancia a partir de la geometría de su circuito magnético (usando FEA o fórmulas analíticas).
Dibuja una línea desde el origen en la gráfica B-H con pendiente Pc.
La intersección de la línea de carga con la curva de desmagnetización es el punto de operación (Bop, Hop).
Compruebe que este punto esté por encima de la rodilla en la curva intrínseca. De lo contrario, el imán se desmagnetizará. Aumente el espesor del imán, reduzca el espacio de aire o elija un grado-Hcj más alto.
Ejemplo: Un imán de motor N42SH (Hcj=20 kOe) con una línea de carga Pc=2. El punto de operación está en H≈7 kOe, B≈14 kGs. La rodilla está en H≈10 kOe. El punto de operación es seguro por encima de la rodilla-. Si Pc cae a 1 (gran espacio de aire), el punto de operación se mueve a H≈12 kOe-por debajo de la rodilla-inseguro. Utilice N42UH (Hcj=25 kOe) en su lugar.
Para los fabricantes de motores y sensores, ofrecemos simulación FEA y análisis de líneas de carga. Recomendamos el grado y la geometría óptimos para garantizar que el punto de operación se mantenga por encima de la rodilla en todas las temperaturas de funcionamiento (incluidos los peores-casos de campos inversos).
Para obtener más información sobre las curvas de desmagnetización y el análisis de líneas de carga, visite nuestra página de inicio de Análisis de elementos finitos y TechBlog en nuestro sitio web.
Para solicitar un análisis de desmagnetización para el diseño de su imán-incluida la selección de grados y el cálculo de la línea de carga-envíenos la geometría de su circuito magnético y la temperatura de funcionamiento. Nuestro equipo de ingeniería proporciona un informe completo de riesgo de desmagnetización.
Preguntas frecuentes
P: ¿Cuál es la diferencia entre Hcb y Hcj?
R: Hcb (coercitividad) es el campo inverso necesario para reducir B a cero (en la curva normal). Hcj (coercitividad intrínseca) es el campo inverso necesario para reducir J (magnetización) a cero (en la curva intrínseca). Hcj siempre es mayor que Hcb. Hcj es el mejor indicador de la resistencia a la desmagnetización.
P: ¿Cómo se relacionan la temperatura y la curva de desmagnetización?
R: A medida que aumenta la temperatura, tanto Br como Hcj disminuyen. La rodilla se mueve hacia abajo en el eje H-y la curva intrínseca cae. Para funcionamiento a alta-temperatura, seleccione un grado con suficiente Hcj a la temperatura de funcionamiento. Proporcionamos curvas de desmagnetización corregidas por temperatura-para cada grado.
P: ¿Puedo desmagnetizar un imán operando por debajo de la rodilla solo una pequeña cantidad?
R: Sí. Incluso una breve excursión por debajo de la rodilla provoca una pérdida irreversible. La pérdida es proporcional al área debajo de la rodilla. Para aplicaciones críticas-para la seguridad (aeroespacial, automotriz), diseñamos con un margen del 20 % por encima de la rodilla en el peor-caso de temperatura y carga.
