¿Es posible que los polos norte y sur de un imán en forma de disco cambien de posición con el tiempo?

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Construimos motores de CC sin escobillas de aproximadamente 1 kW de potencia a 48 voltios. Para accionar el motor, necesitamos conocer la posición del rotor y, para hacerlo, colocamos un imán en forma de disco en la parte superior del eje y leemos la posición del rotor usando el sensor angular Infineon TLE5012B (hoja de datos: https : //www.infineon.com/dgdl/Infineon-TLE5012B_Exxxx-DS-v02_01-EN.pdf?fileId=db3a304334fac4c601350f31c43c433f ).

La configuración general es como se describe en esta imagen, tomada del manual del usuario del sensor:

configuración

El imán es un disco de 10 mm de ancho y 4 mm de espesor:

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Mirando la imagen de arriba, no es que el norte esté en una cara y el sur en la otra cara: tanto el norte como el sur están en la misma cara, con el norte "arriba" (por ejemplo) y el sur diametralmente opuesto .

Cuando el motor+placa de control están ensamblados, ejecutamos un procedimiento de autoaprendizaje que determina con precisión la orientación del imán con respecto al rotor. Es muy importante que la placa conozca el desplazamiento preciso (en grados) del norte del imán, porque una vez por vuelta el sensor genera un pulso de índice, y ese pulso le indica a la placa el ángulo del rotor. La precisión solicitada de este desplazamiento es de unos 5 grados: si el desplazamiento es incorrecto por más de eso, el motor absorbe mucha corriente y gira mal, especialmente a velocidades más altas.

Este sistema normalmente funciona bien pero, en un 10% de los casos, después de un tiempo (días o semanas) el motor empieza a girar mal. Volver a ejecutar el procedimiento de autoaprendizaje resuelve el problema. Parece que el imán no es el mismo que antes , ocurre un cambio permanente, corregible solo cambiando el desplazamiento almacenado (a través del procedimiento de autoaprendizaje que, esencialmente, busca la posición cero que ahora es diferente a la anterior).

Inicialmente pensamos que el imán podía moverse mecánicamente, así que empezamos a fijarlo con unas gotas de pegamento. Pero este no es el problema, parece.

Entonces, aquí está mi pregunta: ¿es posible que el norte y el sur de un imán como ese cambien de posición, especialmente pensando que el disco magnético está montado en el rotor de un motor de corriente continua sin escobillas, donde hay imanes fuertes? Un movimiento de uno o dos grados no hace daño; si eso sucede, estamos ante un movimiento de 5 o más grados.

---ACTUALIZACIÓN---: Lo que quiero decir con "cambiar la posición de los polos" es que, después de algún evento desconocido (tal vez la temperatura o cualquier cosa), la compensación ("calibración") almacenada en el tablero de control ya no es válida . Un nuevo procedimiento de autoaprendizaje corrige el problema. Esto significa probablemente que los polos han cambiado de posición. El desplazamiento almacenado por el tablero ya no es válido para ese imán. Si ambos polos se debilitan, juntos, probablemente no haya problema (el sensor auto regula su sensibilidad). Pero si la pérdida de magnetismo es desigual entre los dos polos (¿quién sabe?), la "geometría" del imán cambia y, para el sensor, parece que los dos polos se han movido. ¿Puede ser?

---ACTUALIZACIÓN 2---: Tengo que aclarar por qué creo que hay un cambio permanente en el disco magnético.

Hay una "posición cero" del rotor. Este "cero" es cuando el rotos se orienta en una posición precisa: a cero grados (sobre 360). Ahora suponga que el imán del disco del sensor está colocado perfectamente en el rotor de tal manera que, cuando el rotor está en su cero mecánico, el disco está perfectamente alineado con el sensor, por lo que el sensor emite un pulso ÍNDICE. Si no coloco el disco en la posición correcta, el sensor emitirá un pulso de índice de todos modos, pero fuera de fase con la posición cero mecánica del rotor. Por ejemplo, el índice vendrá, cada vuelta, a 5 grados en lugar de 0 grados.

Al ejecutar el procedimiento de autoaprendizaje, el tablero de control puede detectar esta desalineación o desplazamiento (5 grados). Este desplazamiento se almacena luego en la memoria no volátil. A partir de ese momento, puedo apagar el sistema, volver a encenderlo y todo funciona porque la posición absoluta del rotor se corrige con el offset almacenado, por lo que la placa electrónica sabe la posición real del rotor y puede energizar las bobinas correctamente. .

Ahora supongamos que muevo el disco 10 grados en el sentido de las agujas del reloj y enciendo el sistema: el tablero de control siempre obtendrá la posición incorrecta del rotor (siempre 10 grados), por lo que activará las bobinas incorrectas (o no las "bobinas incorrectas", el correctas, pero demasiado pronto o demasiado tarde).

En este punto, vuelvo a ejecutar el procedimiento de autoaprendizaje y la placa de control nota que el desplazamiento no es de 5 grados como antes: ahora es de 15 grados. El nuevo desplazamiento se almacena en la memoria y todo vuelve a funcionar bien.

Esto es lo que nos está pasando a nosotros: calibramos el sistema y lo enviamos a los clientes. A veces (10%), los clientes nos llaman diciendo que el motor falla. Una nueva calibración resuelve. Solo un par de motores han sido devueltos para inspección, por el momento, y estamos investigando. Ahora, entendemos que el desplazamiento ha cambiado, pero no hemos podido replicar el problema. Estamos seguros de que la posición del disco no cambia, porque marcamos la posición y también lo fijamos con pegamento. Realmente parece que los polos del disco magnético cambian de posición: y no solo ligeramente, porque un error en el desplazamiento es tolerable hasta algunos grados (digamos, 3 o 4).

Aquí viene la pregunta: ¿es posible que un disco magnético mueva sus polos N y S de manera permanente, debido a la presencia continua de campos magnéticos externos, quizás en conjunto con eventos de alta temperatura? Ocurre solo en algunos casos, y hay diferentes situaciones. A veces, el motor puede calentarse, tal vez solo una vez durante la instalación, o tal vez solo una vez, o repetidamente, el motor está sobrecargado con grandes corrientes y, por lo tanto, campos magnéticos anormalmente fuertes. Pero el resultado, al parecer, es el mismo: el desplazamiento debe volver a calcularse.

¿Por qué no? El polo magnético ha cambiado en la tierra...
No debería AFAIK. ¿Quizás hubo algún campo perdido del devanado del motor que con el tiempo remagnetizó el disco? ¿El imán se calienta por alguna razón? lo haría más susceptible a cambios (especialmente para imanes más baratos).
@LorenzoMarcantonio, el imán, al estar montado en el eje de un motor eléctrico, en realidad puede calentar. Generalmente el motor no sube por encima de los 50-60 °C pero, en el campo, ¿quién sabe lo que le hacen a los motores?
Verifique el punto de Curie de su imán, algunos materiales pueden desmagnetizarse tan bajo como 80 ° C según mi experiencia. Si es un motor EC, ¿no puede simplemente usar las señales de conmutación para la posición? dependiendo de la velocidad, incluso podría tener sensores de pasillo directamente en los devanados
@LorenzoMarcantonio gracias, compruebo ahora y la hoja de datos informa el punto de Curie a 310 °C. No aquí el problema, parece. Desafortunadamente, por el momento, ese imán + sensor angular son la única retroalimentación del motor, no tiene sensores de efecto hall.
hablar con Infineon
¿Tienes una idea de la temperatura "local" alrededor del imán? No sé si esto se aplica al motor OP quantum-controls.co.uk/insights/faqs/… : ¿La clase F puede alcanzar los 180 °C?
¿Puede alguna parte del rotor magnetizarse y provocar un cambio neto en el norte y el sur aparentes?
Este sitio web (perdón, en francés) informa que el imán de neodinio tipo N se desmagnetiza "algo" ya a una temperatura de 80 °C supermagnete.be/fre/faq/…
Temperatura máxima para imán de neodino: i.stack.imgur.com/VTnfa.png La temperatura de Curie no es la "referencia" necesaria.
Habrá una degradación del campo B con el aumento de la temperatura, pero la correlación con el error de fase depende de la verificación del diseño o los controles del proceso y el proceso de remediación.
@Antonio51, sí, la temperatura alrededor del imán es generalmente baja, por debajo de los 100 °C
"2" opciones tal vez? Uno es la corrección de @TonyStewartEE75, o el segundo: usar un imán de neodimio que soporte 150 °C tipo SH o superior... (tipo N soporte 80 °C máx).
@Andyaka: el rotor tiene 8 imanes potentes (¡es sin escobillas!). No solo: incluso las bobinas de la armadura generan campos magnéticos. Pero, el problema no se desarrolla siempre. Claramente, hay diferencias entre los diferentes lugares de campo.
Sí. . es un problema térmico que afecta la fase ... o un error de compensación "3" que cambia la fase. ¿Qué tan consistentes son los imanes? Bmin vs T y tolerancia de densidad de flujo remanente
La deriva del sensor Hall es una falla común en los ventiladores de computadora BLDC donde en 2 productos de la compañía he visto hasta un 1% de falla por falta de inicio o intermitencia en ciertas posiciones de inicio. Así que la fase es crítica. Fue fácil detectar un producto defectuoso después de que se informara. Luego envié mi diseño de plantilla de prueba a NIDEC para que lo examinaran allí.
@ TonyStewartEE75 Actualicé la pregunta. Lo que noto es un cambio permanente en el imán, ¿no estoy seguro de que haya quedado claro?
No estaba claro, pero está claro que aún no ha encontrado la causa raíz. ¿Piezas defectuosas, proceso incorrecto o diseño incorrecto?
@TonyStewartEE75: el problema es lo que sucede en el campo. 100 motores se apagan, el 10% de ellos después de unos días o semanas se desincronizan y necesitan ejecutar la calibración de compensación, pero los hombres en el campo nunca admiten que el motor se calentó o que sucedió algo malo.
Si no tiene un sensor de temperatura y una herramienta de informes, ¿cómo puede analizar el problema de la deriva?
¿Estás seguro de que no es algo así como un tornillo suelto en el lado de salida del motor lo que está causando la desalineación?
notas un cambio en el imán, ¿cómo determinas esto? solo por el proceso de calibración? ¿Podría ser que haya magnetismo residual en el eje del motor que cambia el campo magnético? Diseñe pruebas simples para reducir la causa raíz. Espere que operar el motor pueda cambiar las cosas. Tenga en cuenta también que los tornillos, etc., pueden magnetizarse; utilice materiales no magnéticos. ¿Está el imán suficientemente aislado del eje del motor?
@jasonharper ty, no, estoy seguro de que no es un problema mecánico.

Respuestas (2)

Si utiliza un imán de neodinio, la temperatura máxima utilizable es de 80 °C, ¡aunque el punto de Curie es de ~300 °C!

EDITAR: Algunas características y especificaciones en francés, lo siento.

Observación: en algún lugar de esta página...

https://www.supermagnete.fr/faq/Les-aimants-les-plus-forts-du-monde

Un fuerte campo magnético externo, como un gran superimán de neodimio, podría debilitar la magnetización de un imán de AlNiCo, eliminarlo o incluso invertir los polos norte y sur.

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Usar SH o superior

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Creo que es un problema de sensibilidad de calibración térmica y no una limitación extrema de temperatura.
Solo muestra (perdón, en francés) que la temperatura máxima utilizable para "neodyme" es de alrededor de 80 °C ... ya pierde "algo" de magnetización arriba, excepto algunos hasta 150 °C.
Gracias, estoy investigando sobre eso. Resultó que el imán tiene la marca "N", y el productor admite que por encima de los 80°C ocurre una pérdida irreversible. En raras ocasiones, el motor puede alcanzar esa temperatura. Pero el productor dice que la posición de los postes no cambiará incluso en caso de pérdida permanente, mientras que yo no estoy tan seguro.
Agrego algo de información sobre especificaciones "magnéticas" para neodyme
@linuxfansaysReinstateMonica Desde este sitio supermagnete.fr/faq/Les-aimants-les-plus-forts-du-monde , un comentario: <<<Un fuerte campo magnético externo, como un gran superimán de neodimio, podría debilitar la magnetización de un Imán de AlNiCo, quitarlo o incluso invertir los polos norte y sur.>>> Así que creo que también para el imán de neodimo.
@linuxfansaysReinstateMonica Tal vez si la temperatura fuera uniforme, los polos no cambiarían, pero esperaría que un gradiente de temperatura tuviera un efecto diferente en diferentes partes del imán, lo que podría cambiar los polos.
@JohnDoty: sí, sospecho algo así, quizás combinado con campos magnéticos generados por el propio motor (imanes permanentes en el rotor y bobinas en la armadura). La temperatura debe estar distribuida uniformemente (después de que todo el motor sea redondo), pero es posible que los campos magnéticos externos no estén tan uniformemente distribuidos: el motor es de seis pasos, por lo que el campo no es uniforme sino "formado" y oscilante. En el rotor hay 8 potentes imanes que, con el tiempo, no cambian de posición relativa con respecto al imán del sensor (el disco).

Sus resultados sugieren que la temperatura del imán debilita el campo y afecta la calibración y/o la temperatura del chip supera los 135 °C o los supera, lo que quizás cause un error de fase y requiera una autocalibración.

Hay dos tipos de pérdida de flujo con alta temperatura: 1) reversible 2) no reversible.

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Esto me recuerda cuando descubrí errores de escritura aleatorios poco frecuentes en los discos duros Toshiba de 8" solo para búsquedas prolongadas en una dirección y el problema era el debilitamiento del imán con el aumento de temperatura, lo que requería un sensor térmico de diodo y una calibración térmica predeterminada de sobreimpulso. (alrededor de mediados de los años 80 )

  • Tomó 1 día encontrar los síntomas y varios meses solucionar el problema en producción. El imán debilitado afectó la ganancia del bucle del servo y, por lo tanto, el factor de amortiguación y el sobreimpulso, lo que podría causar un error de escritura si se desviaba del rumbo, precisamente cuando el sector esperado estaba sincronizado con el rumbo en una dirección de una búsqueda larga y el sobreimpulso era de alrededor del 20 %. fuera de pista alrededor de 70'C!

¿Puede informar el aumento de temperatura del imán y el chip y predecir los errores de fase?

¿Puedes hacer lo siguiente?

  1. Ensayos de inspección de pérdidas térmicas no reversibles de estos (N) e imanes alternos de alta temperatura (SH) con análisis estadístico
  2. Análisis de sensibilidad y pruebas de validación de diseño sobre errores de fase con cambios de separación, desplazamiento del centro y pérdida de flujo magnético irreversible
  3. Considere una mejor refrigeración para su motor e imán con un posible aislamiento térmico del accesorio.
  4. Comuníquese con el soporte técnico de Shinetsu para obtener mejores imanes en la pérdida de imán no reversible (la pérdida relativa puede ser menor en imanes más débiles)

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árbitro

No estoy seguro de que esto esté claro: el cambio es permanente, se necesita una nueva búsqueda de la posición cero del imán. Las cosas van así: busque cero y almacene en el tablero. El motor funciona (no continuamente) durante días. Entonces sucede algo y el motor deja de funcionar. Se necesita una nueva búsqueda de la posición cero, porque ahora esa posición cero es diferente a la anterior. Entonces todo empieza a funcionar bien de nuevo.