מגנטי רכיבי: הבנת חומרים ועיצוב
רכיבים מגנטיים ממלאים תפקיד חיוני במכשירי חשמל, המאפשרים שליטה, העברה ומיזוג של כוח חשמלי. מעצבים מחפשים כל הזמן חומרים, טופולוגיות ותהליכים חדשים כדי לשפר את הביצועים. כדי לתכנן ביעילות משרנים ושנאים, חיוני להבין את המורכבויות של חומרים מגנטיים והטכנולוגיות הנלוות. במאמר זה אנו מתעמקים ביסודות החומרים המגנטיים, סיווגם, חומרי הליבה והצורות שלהם.
חומרים מגנטיים וסיווגם
חומרים מגנטיים מקיפים את אותם אלמנטים הנמשכים באופן טבעי למגנטים ומסוגלים להפוך למגנטים בעצמם כאשר הם מתמגנטים. חמישה סוגים עיקריים של מגנטים קבועים משמשים: פריט, אלניקו, גומי גמיש ומגנטי אדמה נדירים כגון קובלט ונאודימיום. באופן מפתיע, כל סוג מציג מאפיינים ברורים.
הבנת הסיווג של חומרים מגנטיים היא חיונית. הם מתחלקים לשתי קטגוריות: חומרים קשים מבחינה מגנטית וחומרים רכים מגנטית. חומרים קשים מבחינה מגנטית יכולים להיות ממוגנטים על ידי שדה מגנטי חזק ולשמור על המגנטיות שלהם ללא הגבלת זמן. לעומת זאת, חומרים רכים מגנטית ניתנים למגנט בקלות אך רק באופן זמני.
תגובת החומר לשדה מגנטי משתנה בהתאם למבנה האטומי, שנקבעת בעיקר על ידי מספר האלקטרונים הבלתי מזווגים בכל אטום. רוב החומרים מתחלקים לאחת משלוש קטגוריות: פרומגנטי, דיאמגנטי או פרמגנטי.
- לחומרים פרומגנטיים, כמו ברזל, קובלט וניקל, יש כמה אלקטרונים לא מזווגים, ויוצרים שדה מגנטי נטו חלש.
- חומרים דיאמגנטיים דוחים שדות מגנטיים המופעלים חיצונית ואינם יוצרים את שלהם.
- חומרים פרמגנטיים מראים משיכה קלה לשדות מגנטיים אך בדרך כלל נחשבים לא מגנטיים.
חומרי ליבה
הבחירה של חומרים מגנטיים עבור רכיבים ספציפיים תלויה בפונקציונליות המיועדת שלהם. הבנת הסיווג שהוזכר קודם מספקת תובנות לגבי המגוון הרחב של החומרים המגנטיים הזמינים. בדרך כלל, ליבות דורשות חדירות יחסית גבוהה.
חומרים קשים משמשים בדרך כלל למגנטים קבועים, בעוד חומרים רכים משמשים עבור משרנים ושנאים.
צורות ליבה
בחירת צורת הליבה תלויה בעיצוב של רכיב האלקטרוניקה הכוח ובחומר הליבה הנבחר. צורות ליבה שונות זמינות מהמדף, מה שהופך את ההחלטה למאתגרת.
טבלה I מציעה השוואה של צורות ליבה שונות והמאפיינים שלהן לקבלת החלטות עיצוביות מושכלות.
על ידי השגת הבנה מקיפה של חומרים מגנטיים, הסיווגים שלהם, חומרי הליבה וצורות הליבה שלהם, מעצבים יכולים לעשות בחירות מושכלות בעת יצירת רכיבים מגנטיים יעילים ופונקציונליים עבור מערכות אלקטרוניות כוח.
טבלה I: השוואה בין צורות ליבה שונות ומאפייניהן
- ליבת סיר: עלות ליבה גבוהה, עלות סלילה נמוכה, עלות סליל נמוכה, הרכבה פשוטה, פיזור חום גרוע, מיגון/הקרנה מעולה, שטף דליפה נמוך.
- ליבה אלקטרונית: עלות ליבה נמוכה, עלות סלילה נמוכה, עלות סליל נמוכה, הרכבה פשוטה, פיזור חום מעולה, מיגון/הקרנה גרועים, כוח שידור/נפח יחידה גבוה.
- ליבת EC: עלות ליבה בינונית, עלות סלילה נמוכה, עלות סליל בינונית, הרכבה בינונית, פיזור חום טוב, מיגון/הקרנה גרועה, רגל מרכזית עגולה לליפוף קל יותר.
- ליבת U: עלות ליבה גבוהה, עלות סלילה בינונית, עלות סליל גבוהה, הרכבה בינונית, פיזור חום טוב, מיגון/הקרנה גרועה, מועדפת ליישומי מתח גבוה.
- טורואידים (ליבות טבעת): עלות ליבה נמוכה מאוד, פיזור חום גבוה, ללא עלות סליל, ללא הרכבה, מיגון/הקרנה טוב, מועדף בשנאים זרם.
- ליבת RM: עלות ליבה בינונית, עלות סלילה נמוכה, עלות סליל בינונית, הרכבה בינונית, פיזור חום טוב, מיגון/סינון טוב.